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JP4212215B2 - Surface treatment equipment - Google Patents

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JP4212215B2
JP4212215B2 JP2000083838A JP2000083838A JP4212215B2 JP 4212215 B2 JP4212215 B2 JP 4212215B2 JP 2000083838 A JP2000083838 A JP 2000083838A JP 2000083838 A JP2000083838 A JP 2000083838A JP 4212215 B2 JP4212215 B2 JP 4212215B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板への各種表面処理、特に基板への成膜処理に適した表面処理装置に関し、更に詳しくは、結晶質薄膜を高品質で且つ高速に成膜することが可能な表面処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から平行平板電極に高周波電力を印加して反応ガスをプラズマ状態にし、化学的に活性なイオンやラジカルに分解させて、エッチングや成膜などの表面処理を行う表面処理装置が知られている。
【0003】
例えば、成膜処理を行う従来の平行平板型プラズマCVD (Chemical Vapor Deposition) 装置は、ケーシング内に一対の平板状のプラズマ発生電極が平行に対向して設けられている。前記プラズマ発生電極のうち、一方の電極は基板支持台としての機能を兼ね備えており、更に、同装置は基板の温度を、気相成長に適した温度に調整するためにヒータが設けられている。前記一方の電極に基板を載置した状態で、両プラズマ発生電極間に高周波数の電源(13. 56MHzの電源)による電力が印加されると、これら電極間でプラズマが発生し、原料ガス、例えばモノシランガスが活性化され、前記基板表面にシリコン膜が形成される。
【0004】
かかる従来の平行平板型のプラズマCVD装置にあっては、基板を載置する平板状の前記プラズマ発生電極の面積を大きくすることで、大面積の基板を一度の成膜処理で成膜することができるといった利点を有している。しかしながら、従来の平行平板型のプラズマCVD装置にあっては、両プラズマ発生電極によりプラズマ化された原料ガスは成膜ガス処理室内に均一に拡散され、その一部が前記電極上に載置された基板の成膜に寄与するだけである。このため原料ガスの利用効率が低く、例えばアモルファスシリコン薄膜や徴結晶シリコン薄膜を基板上に成膜しようとする場合、成膜速度が1〜2Å/sec.程度と、投入電力が大きいにもかかわらず、成膜速度は遅い。そのため太陽電池などの比較的膜厚の厚い半導体デバイスを製作するには、更に長時問を要し、低スループット、高コストの主要因となっていた。
【0005】
そこで、成膜速度を上げるために、高周波電源による投入電力を増大させることも考えられる。しかしながら、投入電力を増大させることにより、プラズマ中の荷電粒子のもつエネルギーが大きくなる。この高エネルギーをもった荷電粒子の基板への衝突によるダメージで、同基板は膜質に劣化を来す。更には高周波電源による高周波電力の増大に伴い、気相中で微粉末が多量に発生することになり、微粉末による膜質の劣化も飛躍的に増大することとなる。
【0006】
従って、従来の平行平板型のプラズマCVD装置にあっては、こうした高エネルギーの荷電粒子の衝突によるダメージや微粉末による膜質の劣化を避けるために、投入電力を抑えざるを得ない。即ち、実質的には投入電力の上限値が存在し、成膜速度を一定レベル以上に高めることができなかった。
【0007】
また、平行平板型のプラズマによるエッチング装置にあっては、投入電力の増大による処理品質の劣化は成膜処理に比べれば少ないため、投入電力を増大させて処理速度をある程度は高めることができる。しかしながら、エッチング処理の品質向上や製造効率の向上、製造コストの削減などの目的から、更なる処理速度の向上が望まれているのが現状である。
【0008】
これに対して、特開平11−145492号公報に開示されている走行する被処理体である帯状部材への光起電力素子の形成装置は、高周波電力印加電極(カソード電極)の放電空間における表面積を、前記帯状部材を含むアノード電極全体の放電空間における表面積よりも大きくし、グロー放電生起時のカソード電極の電位を帯状部材を含む接地されたアノード電極に対して+30V以上の正電位を維持させている。更に、前記カソード電極には前記帯状部材の走行方向に直交して複数のしきり状電極を設置し、隣り合うしきり状電極の間にも放電を生起させている。このように、帯状部材及びアノード電極に対してカソード電極を+30V以上の正電位に維持すると共に、しきり状電極をもつ上述のようなカソード電極構造とすることにより、帯状部材を含むアノード電極側において材料ガスの励起、分解反応を促進している。
【0009】
上記公報に開示された光起電力素子の形成装置は確かに、帯状部材を含むアノード電極側において材料ガスの励起、分解反応を促進することにより、成膜速度は向上すると考えられる。しかしながら、帯状部材とカソード電極との空間においてもグロー放電を発生させているため、相変わらず荷電粒子の衝突によるダメージは避けられない。
【0010】
そこで、例えば特開昭61−32417号公報に開示されている薄膜形成装置は、基板に薄膜形成を行うための真空室内に、対向する一対のプラズマ発生電極を有する画成室からなる活性化気体発生装置が配されている。前記活性化気体発生装置の一壁部には活性化気体を真空室内へと噴出するための単一の細孔が形成されている。また、前記真空室内には前記細孔に対向する位置に基板が支持されている。
【0011】
前記薄膜形成装置では前記一対のプラズマ発生電極に高周波電力を印加して、両電極間にグロー放電を発生させてプラズマを作る。前記活性化気体発生装置内に導入された原料ガスは、このプラズマによって分解される。このとき、真空室に配された真空ポンプと前記細孔のコンダクタンスとを調整することにより、前記真空室の真空度を前記活性化気体発生装置よりも2〜3桁低くなるようにして、活性化された原料ガスを基板に向けて前記細孔から噴出させる。
【0012】
このように薄膜形成を行う真空室内において画成された活性化気体発生装置の内部にプラズマ発生電極を配し、同活性化気体発生装置において活性化された原料ガスを基板に向けて積極的に吹き付ける薄膜形成装置では、投入電力を増大させることなく、成膜速度を高めることができる。更には、投入電力を増大させてより強いプラズマを発生させた場合にも、プラズマ発生電極は画成された前記活性化気体発生装置内に設置されており、同電極間でのグロー放電により基板へダメージを与える虞れが全くない。そのため、投入電力を増大させて成膜速度を更に高めることが可能となる。また、成膜速度が高まるにもかかわらず、薄膜の結晶化も促進され、従来よりも速い成膜速度で高品質の薄膜を形成することができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
このように、プラズマ発生室と成膜処理室とを画成することにより成膜速度が高まってはいるが、更なる成膜速度の向上が望まれており、特に、太陽電池等の用途として微結晶薄膜の高速成膜が強く望まれている。更には、二つの室に画成しているため表面処理装置の内部構造が複雑になり、また、二つの室での差圧発生のために大型の真空ポンプが必要であるなど、その製作コストが高騰するといった問題もある。
そこで本発明はかかる要望を達成すべく、更に高速且つ高品質に表面処理が可能で、製作コストの低減が図れる表面処理装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
かかる課題を解決するために、請求項1に係る発明は、プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、少なくとも一の前記アノード電極は一以上のホロー放電発生域を有してなることを特徴としている。
【0015】
更に、本件請求項2に係る発明は、プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなることを特徴としている。
【0016】
また、本件請求項3に係る発明は、プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極がアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、少なくとも一の前記アノード電極は一以上のホロー放電発生域を有してなり、前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなることを特徴としている。
【0017】
なお、本発明においてホロー放電とは、特に貫通孔や凹部、空洞部分において認められるプラズマが強く発生し、プラズマの密度が高くなる現象をいう。
プラズマ発生手段としては、カソード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極による放電や、三極以上の電極を有する放電、マイクロ波放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、ヘリコン波放電、PIG放電、電子線励起放電などの手段を採用できる。
【0018】
請求項1及び3に係る発明において、前記プラズマ発生領域と前記基板処理領域との間に介装されたプレート部材であるアノード電極に発生するホロー放電は、ホローアノード放電となる。
【0019】
なお、前記プラズマ発生手段としてカソード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極を採用する場合には、そのいずれかの電極プレート部材として採用することできる。カソード電極にプレート部材を使用した場合には、ホロー放電発生域において発生する放電はホローカソード放電となる。
なお、本明細書においては、放電のための主たる電力を印加する側の電極をカソード電極とし、同カソード電極に対向する電極をアノード電極としている。
【0020】
そして、特に、アノード電極に形成されているプラズマ吹出口をホロー放電の発生域とすることが、基板処理領域へと導入されるプラズマをより効果的に高密度にすることができるため、好ましい。
また、プラズマ発生手段である一対のプラズマ発生電極とは別途に、二つの領域にプレート部材を介装させ、同プレート部材にプラズマ吹出口を形成してもよい。
【0021】
本件請求項2及び3に係る発明にあっては、前記プラズマ発生手段としてカソード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極を採用する場合に、前記プラズマ発生電極の少なくとも一方の電極を前記ホロープラズマ発生電極として兼用させることもできる。或いは、前記プラズマ発生電極とは別個に、第三の電極として前記ホロープラズマ発生電極を配することもできる。
【0022】
上述したような本発明の表面処理装置は、ケーシング内のプラズマ発生領域と基板処理領域との間にプレート部材を介装させればよく、同プレート部材により二つの領域を完全に画成する必要がない。そのため、装置の構造が単純化され、装置の製作コストの低減を図ることができる。
【0023】
更には、前記プレート部材に所要の電位を付与することができ、同プレート部材のホロー放電発生域、例えばプラズマ吹出口におけるホロー放電をより効率よく発生させることが可能になる。また、前記プレート部材に所要の電位を付与するための手段も容易に設置できる。
【0024】
特に、前記プラズマ発生手段として一対のプラズマ発生電極を採用し、前記プレート部材をプラズマ発生電極の一極として使用する場合に、前記プレート部材を対向する電極に対して接離可能とするよう、接離手段を設けることができる。このように前記プレート部材を対向する電極に対して接離可能にすれば、例えば印加電力やその他の表面処理条件に応じて、前記プレート部材と対向する電極との距離、即ちプラズマ発生電極間の距離を適宜調製することが可能となる。それにより、プラズマ発生電極間の放電の強度を調節し、処理速度や処理品質を所望の程度に制御できる。
【0025】
上記表面処理装置により表面処理を施すには、先ず、ガス供給管を通じてケーシング内に原料ガス及びキャリアガスを注入し、プラズマ発生手段によりプラズマ発生領域にプラズマを発生させる。ここで本発明の表面処理装置では、前記プラズマ発生領域と前記基板処理領域との間にアノード電極が介装されているが、各領域は従来の装置のように完全に仕切られるようには画成されてはいない。このように、本発明にあっては二つの領域の間にアノード電極を介装させるに過ぎず、二つの領域を完全に画成していないため、2つの領域が完全に画成されている場合に比べるとガスの利用効率は若干低下するものの、二つの領域間に介装された前記アノード電極によりガスをプラズマ発生領域に留まらせることができるため、比較的高効率にプラズマ化することが可能である。
【0026】
前記プラズマ発生領域において発生したプラズマは、前記基板処理領域からの排気による内部ガスの流れや拡散によって、前記プラズマ吹出口から前記基板処理領域へと流れ出す。このとき、適切なガス流量やプラズマパラメータを与えることにより、前記プラズマ発生領域のプラズマが前記プラズマ吹出口から前記基板処理領域へと円滑に輸送される。また、前記プラズマ発生領域と前記基板処理領域との間にアノード電極を介装させることにより、基板に対するプラズマによるイオンダメージを低減できる。
【0027】
なお、原料ガスは、前記プラズマ発生領域内で発生したプラズマが、基板処理領域へと吹き出して基板表面へ到るまでの間で導入することもできる。プラズマ中の活性化された原料ガスは、前記プラズマの流れにより前記処理領域内の基板表面へと到達し、同基板にエッチングや成膜等の表面処理が施される。
【0028】
本件請求項1に係る発明にあっては、アノード電極の一以上のホロー放電発生域において、ホロー放電を発生させることが重要である。このホロー放電によって前記アノード電極のホロー放電発生域において新たにプラズマが生成されるため、基板処理領域へと導かれるプラズマの密度が高められる。
【0029】
特に、前記アノード電極に形成されているプラズマ吹出口をホロー放電発生域とした場合には、プラズマ発生領域で発生したプラズマが、ホロー放電の発生しているプラズマ吹出口を通過する際に、衝突などによる相互作用によって前記プラズマ内の荷電粒子 (電子又はイオン)のエネルギーが低下する。電子のエネルギーが低下することにより、電子は、原料ガスから表面処理に寄与する中性活性種を生成するに十分であり、しかも基板表面に衝突して損傷させるイオンは生成することの少ない適度な強度のエネルギーとなるため、結果としてイオンを増加させることなく中性活性種の数を増やすことができる。また、プラズマ内の高エネルギーイオンの数を減少させることにより、これらのイオンによる基板損傷の影響を減少できる。
【0030】
このように、ホロー放電により、プラズマ密度が向上して表面処理に寄与する中性活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。また、プラズマ内に存在する、基板に衝突してダメージを与えるイオンのエネルギーを低下させることにより、基板表面の劣化を抑制でき、高品質の表面処理を高速で行うことができる。
【0031】
本件請求項2に係る発明にあっては、前記プラズマ発生領域内にホロープラズマ発生電極を配することが重要である。例えばプラズマ発生手段としてアノード及びカソードからなる一対のプラズマ発生電極を採用した場合には、少なくともその一方をホロープラズマ発生電極として使用することができる。すなわち、アノード電極でホローアノード放電が発生し、又はカソード電極でホローカソード電極が発生し、或いは両電極においてそれぞれホロー放電が発生させることが必要である。前記ホロー放電を発生させることにより、そのホロー放電発生域において新たにプラズマが生成されるため、基板処理領域へと導かれるプラズマの密度が大きくなり、表面処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が更に高められる。
【0032】
更に本件請求項3に係る発明にあっては、上述したプレート部材のホロー放電発生域でのホロー放電とホロープラズマ発生電極であるアノード電極でのホロー放電との両方を発生させている。そのため、プレート部材でのホロー放電とアノード電極でのホロー放電とのそれぞれの上述した作用効果を併せ持つこととなり、表面処理の速度及び品質がより高められる。
【0033】
更には、プレート部材におけるホロー放電だけでなく、ホロープラズマ発生電極であるアノード電極のホロー放電が生じることにより、上述したそれぞれの放電によるの作用効果に加え、以下のような相乗的な作用効果も得られるものである。すなわち、プレート部材におけるホロー放電に加え、ホロープラズマ発生電極でのホロー放電が生じることにより、電極でのホロー放電域での電子温度が低下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプラズマとしての性能が向上する。更に、例えばカソード電極がホロープラズマ発生電極であり、同カソード電極でホロー放電が発生する場合は、同カソード電極での高周波電圧が減少すると共に自己バイアス電圧が上昇するため、プラズマ発生領域に生じたプラズマの有する空間電位も上昇する。その結果、プレート部材におけるホロー放電が生じやすくなり、同プレート部材において高密度なプラズマを生成することが可能となる。また、同様の理由からプラズマ発生領域では電界集中も生じやすくなり、局所的に高密度プラズマ化された不均一な放電が生成可能となる。
【0034】
前記ホロープラズマ発生電極の電極材料としては、また、プラズマ発生手段として一対のプラズマ発生電極を使用する場合にはその電極材料として、SUSやAlなどの他に、Ni,Si,Mo,Wなどを採用することができる。プラズマからのイオン衝撃による二次イオン放出係数が大きな電極材料を使用すると、プラズマがより高密度になるので、処理速度が向上する。また、特に、シリコンの成膜処理を行う表面処理装置である場合には、電極材料としてSiを使用すると、その電極自身が薄膜材料の供給源として機能するので、成膜速度が向上すると共にその安定性も増す。更に、Siからなる電極にボロンやリンを予めドーピングしておけば、薄膜へのドーピングを自動的に行うことが可能となり、特に極く微量のドーピングを行うときに有利である。
【0035】
前記基板としてはガラス、有機フィルム、或いはSUS等の金属を使用することができる。さらに本発明の表面処理装置は成膜やアッシング、エッチング、イオンドーピング等の各種表面処理に使用できるが、前記基板表面にアモルファスシリコンや、更には結晶質シリコンなどのシリコン薄膜や酸化膜を成膜する際に特に好適に使用される。
【0036】
前記プラズマ吹出口を多数設ける場合に、特に、その全ての吹出口をホロー放電発生域としてホロー放電を生じせしめれば、大面積の基板に対しても均一な薄膜を高速で成膜することができるため、好ましい。
【0037】
前記原料ガス導入口は、前記プラズマ発生領域に開口させてもよく、或いは、前記プラズマ発生領域にはキャリアガスのみを導入し、前記原料ガス導入口は前記プラズマ吹出口の側面に開口させることもできる。更には、例えば原料ガス導入用のパイプなどの導入手段を用いて、前記原料ガス導入口を基板処理領域に開口させ、原料ガスを基板処理領域における前記プラズマ吹出口と基板との間に導入してもよい。前記原料ガス導入口を前記吹出口に開口させる場合や、基板処理領域に開口させる場合には、前記原料ガスは前記吹出口を通過するプラズマ化されたキャリアガスによりプラズマ化される。この場合には、前記プラズマ発生領域の内壁面が前記原料ガスにより汚染されることがない。
【0038】
なお、前記プラズマ発生電極には直流電源又は高周波電源を接続して直流〜高周波電力まで印加することが可能であるが、特に、高周波電力を投入することが好ましい。更に、カソード電極及びアノード電極にそれぞれ直流又は交流の電源、或いはパルス発生電源によってバイアスを印加することもできる。
【0039】
前記プラズマ吹出口においてホロー放電を発生させるために、本件請求項4に係る発明では、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の開口幅W(1) を、W(1) ≦5L(e) 又はW(1) ≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。また、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の前記開口幅W(1) は、X/20≦W(1) をも満足する範囲、更にはX/5≦W(1) をも満足する範囲に設定することが好ましい。
【0040】
なお、電子とガス分子(原子を含む)との散乱における電子の平均自由行程は、ガス圧、原子・分子の散乱断面積及び温度に依存するが、前記プラズマ発生条件には、これらガス圧、原子・分子の散乱断面積、及び温度などが含まれている。
【0041】
前記プラズマ吹出口の前記開口幅W(1) を上記範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口において効果的にホロー放電を発生させることができると共に、前記吹出口から効率良くプラズマを吹出させることができる。
【0042】
なお、本発明において前記プラズマ吹出口の開口幅W(1) とは、前記プラズマ吹出口の開口形状が円形の場合には直径であり、矩形状やスリット形状の場合には短辺の長さ寸法である。すなわち、開口形状における最短寸法部分を開口幅W(1) としている。
【0043】
前記プラズマ吹出口の形状はプラズマ発生領域のプラズマを積極的に吹出口内に引き込み、基板処理領域においてプラズマを所望の角度で拡散させて噴出することのできる形状を採用することができる。例えば、円形断面の円柱形状や、プラズマ発生領域から基板処理領域に向けて拡径する載頭円錐形状、及びその組み合わせ、更には上流側の略半部が下流側に向けて縮径し、下流側の半部が下流側に向けて拡径する形状などが挙げられる。更には上述したように断面が矩形状の角柱状であってもよく、スリット形状とすることも可能である。
【0044】
また、基板の広い面積にわたって表面処理を施す場合には、例えば円形の前記プラズマ吹出口を所要のパターンで複数、形成することができる。或いは、一筆書きできる実質的に連続した長尺なスリット形状、具体的には渦巻き形状や蛇行形状にしてもよい。
【0045】
本件請求項5に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は、プラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向面に一以上の凹部を有してなり、少なくとも一の前記凹部がホロー放電の発生域とされている。
また、本件請求項6に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、少なくとも一の前記貫通孔がホロー放電の発生域とされている。
【0046】
このように、前記ホロープラズマ発生電極に凹部を形成したり、或いは前記ホロープラズマ発生電極を空洞体としその空洞内部に連通する貫通孔を形成し、それら凹部又は貫通孔をホロー放電の発生域とすることにより、実質的にプラズマと接触するホロープラズマ発生電極の表面積が増大する。例えばカソード電極をホロープラズマ発生電極とし、同カソード電極にカソード放電域を形成した場合には、グロー放電生成時におけるカソード電極の電位(自己バイアス)をプラスの方向へともっていくことができ、接地されているアノード電極近傍での投入電力の消費、すなわち原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度を向上させることができる。
【0047】
このような自己バイアスの制御はプラズマ空間電位の制御にもつながり、イオンの基板への衝突によるダメージの大きさをも意図的に調整できる。従って、例えば成膜処理を施す場合に、その結晶性薄膜の結晶性を制御することができる。
【0048】
前記凹部又は前記貫通孔において効果的にホロー放電を発生させるために、本件請求項7に係る発明では、前記凹部又は前記貫通孔における最小部分の開口幅W(2) を、W(2) ≦5L(e) 又はW(2) ≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。
【0049】
なお、前記凹部又は前記貫通孔の断面形状は円形や多角形などを採用でき、その開口形状における最短寸法部分を開口幅W(2) としている。更に、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の前記開口幅W(2) は、X/20≦W(2) をも満足する範囲、更にはX/5≦W(2) をも満足する範囲に設定することが好ましい。
【0050】
本件請求項8に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、空洞内部の少なくとも一部がホロー放電の発生域とされている。
このように、空洞内部の少なくとも一部においてホロー放電を発生させることで、プラズマの密度を更に高めることができるため、原料ガスの励起、分解反応が著しく促進され表面処理の速度も向上する。また、前記ホロープラズマ発生電極がカソード電極である場合には、プラズマに接触するカソード電極の表面積を増大させることにより、自己バイアスを更に正方向の電位へと制御ができるため、原料ガスの励起、分解反応が更に促進され表面処理の速度も著しく向上する。
【0051】
また、エッチングやアッシング、イオンドーピングなど、イオンの基板への衝突により悪影響を及ぼすことのない表面処理を行う装置に関しては、前記ホロープラズマ発生電極をアノード電極により構成し、そのアノード電極の内壁面を基板支持台とし、前記アノード電極内を前記基板処理領域とすることもできる。なお、この場合には前記基板処理領域の全体がアノード電極により囲まれて、前記基板処理領域とプラズマ発生領域とが実質的に画成されることになる。
【0052】
基板はホローアノード放電に直接曝されることになり、エッチングやアッシング、イオンドーピングなどの処理速度が向上する。但し、アノード電極の内部をプラズマ発生領域とは画成された基板処理領域とするかかる表面処理装置では、イオンの基板への衝突ダメージが大きいため、成膜処理にはどちらかといえば不適である。
【0053】
更に空洞体からなる前記ホロープラズマ発生電極は、その表面積を増やすために空洞内部の高さ方向に延びる1以上の隔壁を配することが好ましい。すなわち、前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部が前記隔壁により複数に画成されることが好ましい。この場合には、それぞれの画成された領域ごとに少なくとも1の前記貫通孔を形成する必要がある。
【0054】
前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部においてホロー放電を効率よく発生させるために、本件請求項9に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の少なくとも一部における対面距離Hが、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定される。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。空洞体である前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の対面距離Hは、X/20≦Hをも満足する範囲、更にはX/5≦Hをも満足する範囲に設定することが好ましい。
【0055】
また、本件請求項10に係る発明によれば、前記プラズマ吹出口の近傍、及び/又は凹部、貫通孔の近傍、及び/又は前記空洞内部に磁場が形成されている。ここで「近傍」とは前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の内部や、同吹出口、凹部、貫通孔の開口周縁或いはその近傍を含む。また、前記磁石はその磁場の磁力線が前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の軸線方向と平行に、また、前記空洞内部では電極面と平行になるように配することが好ましい。
【0056】
磁場の強さは前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の中心部、又は空洞内部で1〜2000mTとすることが好ましく、更には5〜500mTとすることが好ましい。また、プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の内壁面及びその近傍、又は空洞内壁部の近傍では磁場の強さを2〜2000mTとすることが好ましく、更には5〜1000mTとすることが好ましい。
【0057】
このように磁場を配することにより、電子の軌道を調整して、ホロー放電が生じている前記プラズマ吹出口内及びその近傍や、ホローカソード放電又はホローアノード放電が生じている前記凹部又は貫通孔の内部及びその近傍、或いは空洞内部に電子を長時間留まらせることができ、表面処理に寄与する活性種の生成が促進される。そのため、表面処理速度が更に向上する。なお、この磁場により電子のエネルギーには何ら変化はないため、電子エネルギーが大きくなって悪影響を及ぼすイオンを生成することもなく、高品質な表面処理を維持できる。
【0058】
更に、本件請求項11に係る発明によれば、前記基板に所望の電位を印加するための電位印加手段を備えている。この電位印加手段とは、例えば、前記基板が載置されている前記基板支持台に対して所望の電位を印加することにより、前記基板にも同電位を印加することができる。また、同電位印加手段は、必要に応じて、前記基板に到達するプロセスプラズマの電位Vsや基板の電位をモニターする手段を含む。前記プロセスプラズマの電位Vsは、同プラズマの大部分が接触している電極の電位により決まる。従って、例えばプラズマ発生電極等の高周波電圧と自己バイアスとをモニターすることにより、前記プロセスプラズマの電位Vsをモニターすることができる。
【0059】
例えば基板に成膜処理を施す場合には、プラズマからのイオンダメージを抑制するため、同基板を前記プロセスプラズマの電位Vsとの差電圧を小さくすることが望ましく、前記プラズマの電位Vsと概ね同一の電位を印加することがより好ましい。成膜処理の場合の基板への印加電位は、前記プロセスプラズマの電位Vsに対して1/2〜1倍の範囲であることが好ましい。また、例えばエッチング処理を施す場合には、前記プラズマの電位Vsよりも小さい電位、特にマイナスの電圧を印加することにより、異方性を向上させることができる。
【0060】
このように、基板に所望の電位を印加して、前記基板とプラズマとの差電圧を意図的に制御することにより、成膜処理の場合には処理速度を落とすことなくプラズマのダメージを低減されるなどの膜質の制御が可能となり、また、エッチング処理の場合には、異方性をなどのエッチング形状を制御できる。
【0061】
また、前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の少なくとも片側の開口縁にノズル体を突設させることが好ましい。同ノズル体はその中心線を前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の軸線方向と一致させてもよく、或いは同ノズル体の中心線を前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の同軸線方向に対して角度をもって配設してもよい。また、前記ノズル体の形状も、断面形状が一定の筒体や、断面寸法を漸減又は漸増させる筒体であってもよい。更には、チューブ状のノズル体をらせん状に配してもよい。
【0062】
前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔に前記ノズル体を突設させることにより、前記プラズマ吹出口の形成されている部材や、前記ホロープラズマ発生電極の厚み寸法を不必要に厚くすることがなく、前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の長さ寸法を自由に設定でき、その長さを大きくすればそれらプラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔でのホロー放電の発生域が広がるため、プラズマ密度も高まり表面処理速度も向上する。
【0063】
更に、前記ノズル体のノズル長が不定長であることが好ましい。すなわち、プラズマ吹出口及び/又は凹部、或いはプラズマ吹出口及び/又は貫通孔において、その全てのノズル体が均一の長さとする必要はなく、適宜、変化させることができる。このようにノズル体の長さを変化させることにより、基板へ到達するプラズマの強度を、その基板の全表面において均一化することができる。
【0064】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面及び好適な実施例を参照して具体的に説明する。
図1は本発明の第1実施例である表面処理装置1の概略図である。同装置1では外気と遮断するケーシング2が接地されている。同ケーシング2の内部は、プラズマ発生領域3と基板処理領域4との2つの領域が上下に形成されており、それら領域の間には電極材料からなる水平のアノード電極6が介装されている。
【0065】
前記プラズマ発生領域3には、ケーシング2の絶縁体により形成されている上壁2aに、電極部材5が、前記アノード電極6に平行に取り付けられている。前記電極部材5は高周波電源Pに接続されており、同電極部材5と対向して平行に配された前記アノード電極6は接地されている。前記電極部材5に電力を印加することにより、前記電極部材5とアノード電極6との間に放電が生じ、プラズマが発生する。すなわち、前記電極部材5がプラズマ発生電極を構成するカソード電極である。
【0066】
本発明では、上述したように前記アノード電極6をケーシング2の内壁面には密着させずに離間させて、適宜手段、例えばケーシング2の床面からの支持部材などによって、ケーシング2内に設置している。そのため、前記アノード電極6の設置が容易であり、装置の製作コストを低減させることができる。また、本実施例では同アノード電極6を接地しているが、同アノード電極6はケーシング2とは独立して接地されているため、同アノード電極6に所望のバイアスを印加することも可能である。更には、アノード電極6の位置を上下に移動させてカソード電極5との距離を変更可能にすることもできる。前記アノード電極6とカソード電極5との距離を変更することにより、例えば印加電力等の処理条件に応じて両者間の放電強度を調整でき、処理速度や処理品質が制御可能になる。
【0067】
前記プラズマ発生領域3と基板処理領域4との間に介装された前記アノード電極6の中心には円形の通孔7が形成されており、同通孔7は本発明のプラズマ吹出口7を構成する。
【0068】
本実施例においては、前記プラズマ吹出口7の断面形状を円形としているが、他にも例えば矩形状としたり、或いはプラズマ発生領域3から基板処理領域4に向けて拡径する載頭円錐形状や、載頭角錐形状、更には上流側の略半部が下流側に向けて縮径し、下流側の半部が下流側に向けて拡径する形状などとすることも可能である。また、前記プラズマ吹出口7をスリット形状とすることも可能である。
【0069】
前記プラズマ吹出口7の開口幅W、すなわち直径Wは、W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。かかる範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口7をホローアノード放電の発生域とすることができる。前記開口幅WをX/20≦Wの範囲に設定することが好ましく、更には、前記開口幅WをX/5≦Wの範囲に設定することが好ましい。
【0070】
また、前記プラズマ吹出口7の長さ方向(厚さ方向)の寸法Tは概ねX/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約、すなわち前記アノード電極6の厚み、によって決定される。このプラズマ吹出口7の長さTは、上述したガス圧及び直径の場合には0.1mm〜100mmが好ましい。なお、ホロー放電を効率良く発生させる観点からは、前記プラズマ吹出口7の長さTは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。そのため、前記プラズマ吹出口7の開口縁部にノズル体を取り付けて、前記プラズマ吹出口7の実質的な長さTを大きくさせることもできる。
【0071】
本実施例にあっては、前記ケーシング2の上壁2a及びカソード電極5を貫通してガス供給口8が形成されており、このガス供給口8からプラズマ発生領域3内に、成膜処理の場合には例えばモノシラン等の原料ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを安定化し、且つ原料ガスを基板Sまで搬送するためのキャリアガスとの混合ガスを導入している。なお、このガス供給口8は円筒状に限定されるものではなく、矩形筒状であってもよい。
【0072】
更に、同ガス供給口8の形成位置も上述の位置に限定されるものではなく、任意の位置に形成することが可能である。例えば図2に示すように、前記凹部5aの底部に開口する位置に形成してもよく、或いは前記アノード電極6の周壁部に開口する位置に形成することもできる。また、前記ガス供給口8を複数形成することもできる。
【0073】
なお、前記ガス供給口8からはプラズマ発生領域3へキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生領域3、成膜処理領域4、或いは前記プラズマ吹出口7の途中へと導入することもできる。
【0074】
前記基板処理領域4内には前記プラズマ吹出口7に対向する位置に基板支持台9が配されている。本実施例においては前記基板支持台9は接地されているため、同支持台9上に載置された基板Sも同様に接地されることとなる。なお、前記基板支持台9、すなわち基板Sを接地せずに直流的又は交流的にバイアス印加することも、パルス的にバイアス印加することも可能である。或いは、前記基板支持台9に対して基板Sを電気的に絶縁することも可能である。また、前記基板支持台9にはヒータが内蔵されており、前記基板支持台9の上面に載置された基板Sの温度を、気相成長に適した温度に調整する。
【0075】
上記表面処理装置1により成膜処理を施す場合に、前記カソード電極5に高周波電源Pにより高周波電力を投入すると、前記電極5,6間で放電が起こり、前記プラズマ発生領域3内にプラズマが発生する。そのプラズマにより、同プラズマ発生領域3に導入された原料ガス及びキャリアガスが活性化され、成膜に寄与する活性種が生成される。このとき、前記基板処理領域4からの排気に伴う内部ガスの流れと、さらに拡散とによって、同プラズマ発生領域3内のプラズマは、前記プラズマ吹出口7から前記基板処理領域4内へと流れ出る。このプラズマの流れにより前記処理領域4内の基板S表面がプラズマ処理され、同基板4の表面に薄膜が形成される。
【0076】
このとき、本発明にあっては、前記プラズマ吹出口7の開口幅Wを上述の範囲内に設定することにより、前記プラズマ吹出口7にはホローアノード放電が発生する。このホローアノード放電によって前記プラズマ吹出口7には新たにプラズマが生成されるため、基板処理領域4へと導かれるプラズマの密度が高められる。更には、プラズマ発生領域3で発生したプラズマが、ホローアノード放電の発生域であるプラズマ吹出口7を通過する際に、前記プラズマ内の電子のエネルギーが、活性種を生成するに十分で、イオンを生成するには不充分な強度まで適度に低減されるため、基板処理領域4へと導かれるプラズマは成膜に寄与する活性種が更に増大し、密度の大きなプラズマとなり、成膜速度が著しく向上する。更には、ホローアノード放電の発生しているプラズマ吹出口7を通過する際に、前記プラズマ内のイオンエネルギーも低下するため、基板処理領域4へと導かれたプラズマには、基板に衝突してダメージを与えるイオンが少なく、高品質な成膜が可能となる。
【0077】
なお、上述したように本実施例では前記基板支持台9、即ち基板Sが接地されているが、同基板Sを接地せずに所望の電位を印加することも可能である。成膜処理にあたって、同基板Sに到達するプロセスプラズマの電位Vsに対して1/2〜1倍の電位を前記基板Sに印加し、同基板と前記プロセスプラズマとの差電圧を小さくすることにより、プラズマからのイオンダメージを減少させて高品質の薄膜を成膜することが可能となる。
【0078】
このとき、前記プロセスプラズマの電位Vsは、同プラズマの大部分が接触している電極の電位により決まる。従って、例えばカソード電極等の高周波電圧と自己バイアスとをモニターすることにより、前記プロセスプラズマの電位Vsをモニターすることができる。
【0079】
更に、本実施例では、円形断面の単一のプラズマ吹出口7が形成されているが、基板Sの広い面積にわたって表面処理を施す場合には、前記プラズマ吹出口7を例えば図17〜図20に示すような配置で複数形成することもできる。図17(a)に示す正6角形を基本とする配置や、図17(b)に示す4角形を基本とする配置、図17(c)に示す3角形を基本とする配置などが好ましい。更には、図18(a)〜(c)に示すように、これらの配置において中心部分にはプラズマ吹出口を形成しない配置が更に好ましい。また、図19(a)及び図19(b)に示す放射状や、図20(a)及び図20(b)に示す中心部分を除く配置とすることも好ましい。
【0080】
更には、一筆書きできる実質的に一続きのスリット形状、例えば図21に示すような渦巻き状や蛇行状などの形状とすれば、大面積にわたって均一な処理が可能となる。なお、複数孔にする場合も、スリット状にする場合も、それらの孔径やスリット幅Wは本発明の範囲内に設定することが好ましい。但し、複数の孔を一定の孔径とする必要はなく、またスリット幅もその長さ方向で一定である必要はない。均一にホローアノード放電を発生させるためには、各種条件に応じて前記孔径やスリット幅はアノード電極の中心部分から外縁部分へとその寸法を漸減又は漸増させることが望ましい。
【0081】
また、上記実施例では前記アノード電極6を接地しているが、前記電極5,6にそれぞれ直流又は交流の電源又はパルス電源によってバイアスを印加することもできる。このとき、本発明は前記アノード電極6をケーシング2の内壁面に密着しておらず、例えば床面からの支持部材などによってケーシングから独立して設置されているため、同アノード電極6へのバイアスの印加が容易である。
【0082】
なお、本実施例にあっては前記基板処理領域4から内部ガスを排気しているため前記表面処理装置内ではプラズマ発生領域3から基板処理領域4への内部ガスの流れが形成されているが、これに限定されるものではない。前記プラズマ発生領域に内部ガスの排気口を設けて、内部ガスの流れを逆にすることもできる。但し、この場合には前記プラズマ発生領域3から前記基板処理領域4へのプラズマの輸送が拡散によってのみなされ、内部ガスの流れによるプラズマの輸送は期待できないため、表面処理速度が若干、低下するものの、従来よりも高速な処理は確保される。また、ガスの導入はケーシングの任意の位置にて可能である。特には、基板処理領域4からガスを導入する場合に拡散の効果を得やすい。
【0083】
更に、上述した装置を用いて、アッシングやエッチング、イオンドーピング等の他の表面処理を行う場合にも、従来よりも低温で且つ高速に表面処理を行うことが可能である。なお、例えばエッチング処理を施す場合には、前記基板Sに対して前記プロセスプラズマの電位Vsよりも小さい電位、特にマイナスの電圧を印加することにより、異方性を向上させることができる。
【0084】
以下、本発明の他の実施例について図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上述の第1実施例と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0085】
図2は本発明の第2実施例による表面処理装置20の概略図である。同実施例では、カソード電極が異なる以外は実施例1と同一の構成を備えている。
本第2実施例ではカソード電極10が本発明のホロープラズマ発生電極を構成している。即ち、前記カソード電極10の前記アノード電極6との対向面に、断面が円形をなす複数の凹部10aが形成されている。この凹部10aの開口幅W、すなわち直径Wは、W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。
【0086】
前記開口幅WをX/20≦Wの範囲に設定することが好ましく、更には、前記開口幅WをX/5≦Wの範囲に設定することが好ましい。前記プラズマ発生条件のうちガス圧が10〜1400Paの範囲内にあるときは、前記凹部10aの直径は0.1〜100mmの範囲に設定され、より好ましくは1〜20mmである。前記凹部10aの直径をかかる範囲に設定することにより、前記凹部10aをホローカソード放電の発生域とすることができる。
【0087】
前記複数の凹部10aは図17〜図20に示すような配置で形成することが好ましい。図17(a)に示す正6角形を基本とする配置や、図17(b)に示す4角形を基本とする配置、図17(c)に示す3角形を基本とする配置などが好ましい。更には、図18(a)〜(c)に示すように、これらの配置において中心部分、即ち、プラズマ吹出口7の直上位置には凹部10aを形成しない配置が更に好ましい。また、図19(a)及び図19(b)に示す放射状や、図20(a)及び図20(b)に示す中心部分を除く配置とすることも好ましい。
【0088】
また、前記凹部10aの深さDは概ねX/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約、すなわち前記カソード電極10の厚みによって決定される。この凹部10aの深さDは、上述したガス圧及び直径の場合には0.1mm〜100mmが好ましい。なお、ホロー放電を効率良く発生させる観点からは、前記凹部10aの深さDは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。そのため、前記凹部5aの開口縁部にノズル体を取り付けて、前記凹部10aの実質的な深さDを大きくさせることもできる。
【0089】
なお、本実施例にあっては前記凹部10aは円形断面であるが、他にも多角形状としてもよい。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させ、例えば底面が開口よりも大きく、或いは小さい凹部であってもよい。更には、前記凹部10aを矩形状や図21に示すような渦巻き形状や蛇行形状などの溝構造とすることもできる。このような矩形状や渦巻き形状等の溝構造とする場合には、その凹部10aの開口幅Wとは溝幅(溝壁間の寸法)であり、この溝幅を上述の範囲内で設定する。なお、この溝幅は一定でなくてもよく、カソード電極10の中心から外縁へ向けてその溝幅を漸減又は漸増させることもできる。また、前記凹部10aの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記凹部10aは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ凹部10aを複数形成してもよい。
【0090】
このとき、前記カソード電極10には複数の凹部10aが形成されており、しかも同凹部10aの開口幅Wが上述の範囲内に設定されているため、印加する高周波電力に応じて通常のグロー放電からホローカソード放電を含む放電に移行する。同凹部10aにおいてホローカソード放電が発生し、同凹部10aにおいて新たなプラズマが発生する。そのため、前記プラズマ発生領域3内において発生するプラズマは密度の大きなプラズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。また、前記カソード電極10に凹部10aを形成することにより、実質的にプラズマと接触するカソード電極10の表面積が増大する。それにより、放電生成時における自己バイアスをよりプラスの方向へともっていくことができ、接地されているアノード電極6近傍での原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度を向上させることができる。
【0091】
更には、プラズマ吹出口7におけるホローアノード放電に加え、ホローカソード放電が生じることにより、両電極10,6間でのプラズマの電子温度が低下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプラズマとしての性能が向上する。更に、ホローカソード放電によりカソード電極10での高周波電圧が減少すると共に自己バイアス電圧が上昇するため、両電極10,6間に生じたプラズマの有する空間電位も上昇する。その結果、プラズマ吹出口7におけるホローアノード放電が生じやすくなり、同プラズマ吹出口7において高密度なプラズマを生成することができるといった相乗効果が得られる。また、同様の理由からプラズマ発生領域3内では電界集中も生じやすくなり、局所的に高密度プラズマ化された不均一な放電が生成可能となる。
【0092】
図3は、本発明の第3実施例による表面処理装置21の概略図である。同装置21は、カソード電極10に形成された凹部10aの内壁面及びプラズマ吹出口7の内壁面に磁石11が配されている点で上述した第1実施例と異なるが、その他の構成は上記第1実施例の表面処理装置1と同一である。なお、前記磁石11は、前記凹部10aや前記プラズマ吹出口7に磁場を付与するように配されていればよい。したがって、前記磁石11は同図3に示すように前記内壁面内に埋設する他にも、例えば、前記カソード電極10内の前記凹部10aの上方に埋設したり、或いは前記カソード電極10の外部に配することもでき、さらにはこれらの配置の組み合わせであってもよい。なお、これらの磁石11の配置にあたっては、前記磁石11がプラズマに直接晒されることがないように磁石11を取り付けることが好ましい。
【0093】
前記磁石11の磁場は、磁力線の方向が上記凹部10a及びプラズマ吹出口7の各軸線方向と平行になるように印加されていることが好ましい。同磁石の強度は前記凹部110a及びプラズマ吹出口7のそれぞれの軸中心において1〜2000mT、内壁面及びその近傍では2〜2000mTとし、より好ましくは軸中心で5〜500mT、内壁面及びその近傍で5〜1000mTである。
【0094】
このように凹部10a及びプラズマ吹出口7に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記凹部10a及びプラズマ吹出口7の内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【0095】
また、磁石11を配して磁場を形成することにより、凹部10aの開口幅Wや深さD又はプラズマ吹出口7の開口幅Wの寸法の許容範囲が、磁石11を配していない場合に比べて概ね30%程度広がる。
【0096】
なお、本実施例では全ての凹部10a及びプラズマ吹出口7に磁石11を配しているが、それら全てに磁石11を配するのではなく、選択されたいずれかにのみ磁石11を配することもできる。更には電磁石等の手段により磁場を形成することも可能である。また、磁石の極性を含めた磁場の配置と同磁場の強度とは、プラズマ密度を高めるよう任意に設定される。
【0097】
図4は、本発明の第4実施例による表面処理装置22の概略図である。この表面処理装置22も、ケーシング2内のプラズマ発生領域3と基板処理領域4との2つの領域の間にアノード電極6′が介装されている。前記アノード電極6′はプラズマ発生電極のアノード電極であり、同アノード電極6′の中心には円形のプラズマ吹出口7′が形成されている。
【0098】
前記カソード電極10は前記アノード電極6′との対向面に、断面が円形をなす複数の凹部10aが形成されており、この凹部10aの開口幅Wは、W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定されている。更に好ましくは、前記開口幅WはX/5≦Wの範囲に設定される。前記凹部10aの直径をかかる範囲に設定することにより、前記凹部10aにおいてホローカソード放電が発生する。
【0099】
本実施例の以上の構成は上述した第2実施例と同様であるが、前記アノード電極6′に形成されているプラズマ吹出口7′の開口幅Wが大きくため、又は長さ(厚み)Tが小さいため、同プラズマ吹出口7′においてホロー放電が発生していない点で上述した第1実施例の表面処理装置1とは異なるものである。
【0100】
本実施例では、プラズマ吹出口7′においてホロー放電が発生しないため、上述した第1実施例よりは表面処理の速度及び品質が若干劣るものの、カソード電極10の凹部10aにおいてホローカソード放電が生じているため、従来の表面処理装置と比較すれば、その処理速度及び処理品質は向上している。
【0101】
図5は本発明の第5実施例による表面処理装置23の概略図である。同装置23は、本発明のホロープラズマ発生電極であるカソード電極12が中空円柱状の空洞体である点で上述した第2実施例と異なるが、その他の構成は上記第2実施例の表面処理装置1と同一である。
【0102】
空洞体である前記カソード電極12は、アノード電極6との対向部分、すなわち前記カソード電極12の下壁部12aに、空洞内部に連通する円形断面をもつ複数の貫通孔12bが形成されている。この貫通孔12bは図17〜図20に示すような配置で形成することが好ましい。なお、この貫通孔12bは前記アノード電極6に形成されたプラズマ吹出口7の直上位置を避けた位置、即ち図18又は図20に示す配置で形成することがより望ましい。
【0103】
この貫通孔12bをホローカソード放電の発生域とし得るよう、その開口幅W、すなわち直径WをW≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。なお、前記開口幅WはX/20≦Wの範囲に設定されることが好ましく、更には、X/5≦Wの範囲に設定されることがより好ましい。
【0104】
また、複数の前記貫通孔12bは開口幅Wが全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔12bにおいて均一にホローカソード放電を発生させるために、適宜、異なる開口幅Wに設定することができる。特に、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近の貫通孔12bは開口幅Wを小さくし外縁方向にその開口幅Wを漸増させ、或いは、中心付近で開口幅Wを大きくし外縁方向にその開口幅Wを漸減させることが好ましい。
【0105】
前記プラズマ発生条件のうちガス圧が10〜1400Paの範囲内にあるときは、前記貫通孔12bの直径は0.1〜100mmの範囲に設定され、より好ましくは1〜20mmである。前記貫通孔12bの直径をかかる範囲に設定することにより、前記貫通孔12bにホローカソード放電が発生する。
【0106】
また、前記貫通孔12bの長さT、すなわち本実施例の場合には前記下壁部12aの厚みTは概ねX/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約によって決定される。この貫通孔12bの長さTは上述したガス圧及び直径の場合には、0.3〜70mmが好ましい。
【0107】
なお、本実施例にあっては前記貫通孔12bは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔12bを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔12bの開口幅Wとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。なお、このスリット幅は一定でなくてもよく、中心から外縁へ向けて漸増又は漸減させることもできる。また、前記貫通孔12bの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔12bは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔12bを複数形成してもよい。
【0108】
更に、本実施例にあっては、前記カソード電極12の空洞内部をホローカソード放電の発生域とし得るよう、前記カソード電極12の前記貫通孔12bの形成方向に沿った空洞内部の対面距離、即ち図面では上下の高さHを、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。前記空洞内部の高さHは、X/20≦Hの範囲に設定することが好ましく、更には、X/5≦Hの範囲に設定することが好ましい。前記プラズマ発生条件のうちガス圧が上述したように10〜1400Paの範囲内にあり、且つ貫通孔11bの寸法が上述の範囲に有る場合には、空洞内部の高さHは0.1〜100mmに設定することが好ましく、更には空洞内部の高さHは1〜20mmに設定することがより好ましい。
【0109】
なお、図示例では前記空洞内部の高さHを一定にしているが、前記高さHは一定でなくてもよく、空洞内部の少なくとも一部において、前記高さHを上述した範囲内に設定すればよい。ホローカソード放電を空洞内部の略全域にわたって均一に発生させるために、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近での空洞内部の高さHを小さくし外縁方向にその高さHを漸増させ、或いは、中心付近で高さHを大きくし外縁方向にその高さHを漸減させることが好ましい。
【0110】
また、図示例では前記カソード電極12は壁部が略均一な厚みをもち、全体が中空になっている空洞体であるが、周壁部を厚くし、中心部分のみを中空状にしたり、或いは局部的な中空部分を形成することもできる。また、その中空部分に凹部を形成することもできる。
【0111】
前記カソード電極12の上壁部12cの中心に円筒状のガス供給口12dを形成し、このガス供給口12dから前記カソード電極11の空洞内部に、モノシラン等の原料ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを安定化し、且つ原料ガスを基板Sまで搬送するためのキャリアガスとの混合ガスを導入している。なお、このガス供給口12dは円筒状に限定されるものではなく、矩形筒状であってもよい。更に、同ガス供給口12dの形成位置も前記上壁部12cの中心に限定されるものではなく、任意の位置に、任意の個数、形成することが可能である。
【0112】
かかるガス供給口12dから前記カソード電極12の内部に導入された混合ガスは、前記貫通孔12bから前記プラズマ発生領域3内にシャワー状に導入される。このように、混合ガスを一旦、前記カソード電極12の内部に貯留したのち、前記貫通孔12bからシャワー状に前記プラズマ発生領域3内に導入することにより、前記混合ガスを均一の濃度及び圧力で前記プラズマ発生領域3内に導入することができる。
【0113】
なお、前記カソード電極12の空洞内部にはキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生領域3の内部、成膜処理領域4の内部、或いはプラズマ吹出口7の途中へと導入することもできる。
【0114】
前記カソード電極12に高周波電源Pにより高周波電力を投入すると、前記電極12,6間で放電が起こり、前記プラズマ発生領域3内にプラズマが発生する。印加する高周波電力に応じて通常のグロー放電からホローカソード放電を含む放電に移行する。このとき、前記カソード電極12は、前記貫通孔12bにホローカソード放電が発生し、同貫通孔12bにおいて新たなプラズマが発生すると共に、同カソード電極12の空洞内部においてもホローカソード放電が発生して新たなプラズマが発生している。そのため、前記プラズマ発生領域3内において発生するプラズマは密度の大きなプラズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。
【0115】
また、前記カソード電極12は空洞体であり、貫通孔12bを形成して同貫通孔12bと空洞内部とにプラズマを発生させているため、実質的にプラズマと接触するカソード電極12の表面積が、上述した第2実施例の場合よりも更に増大する。それにより、放電生成時における自己バイアスをよりプラスの側へともっていくことができ、接地されているアノード電極6近傍での原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度をより向上させることができる。
【0116】
更に、空洞体であるカソード電極12の空洞内部や前記貫通孔12bに磁場を形成するよう、適宜の個所に磁石を配することもできる。なおその際には、磁石の磁場は、磁力線の方向が上記貫通孔12bの軸線方向と平行になるように、また前記空洞内部では電極面と平行になるように、印加されることが望ましい。同磁石の強度は前記貫通孔及び空洞内部の中心において1〜2000mT、貫通孔及び空洞内部の内壁面及びその近傍で2〜2000mTとし、より好ましくは中心で5〜500mT、内壁面及びその近傍で5〜1000mTとする。
【0117】
このように貫通孔12bや空洞内部に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔12b及び空洞内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【0118】
なお、磁場は全ての貫通孔12bに形成する必要は無く、選択されたいずれかにのみ磁場を形成することもできる。また、電磁石等の手段により磁場を形成することも可能である。
【0119】
更に、カソード電極12における貫通孔12b又はその空洞内部でのホローカソード放電により生じるプラズマ密度を大きくするために、前記貫通孔12bにおいてホローカソード放電を効率良く発生させる観点からは、前記貫通孔12bの長さTは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。しかしながら、前記カソード電極12の下壁部12aの厚みは、材料コストの観点からも空洞内部に導入されるガス圧及び印加電力に耐え得る最小の厚みにすることが望ましい。
【0120】
そのため、前記貫通孔12bの長さTを長くするためには、同貫通孔12bの周縁にノズル体を取り付けることが望ましい。なお、このノズル体は前記貫通孔12bからプラズマ発生領域3側へ突設してもよく、或いは空洞内部へ突設することもできる。更には両側へ突設してもよい。また、同ノズル体を磁石により構成することもできる。但し、磁石が直接プラズマに晒されることのないようにすることが好ましい。
【0121】
なお、ノズル体はその中心線を貫通孔12bの線と一致させて配してもよく、前記ノズル体の中心線を前記貫通孔12bの軸線に対して角度をもって配する、即ち、ノズル体を斜めに配することもできる。また、ノズル体は断面積が一定の筒体や、断面積を漸増又は漸減させる形状をもつ筒体、更にはチューブ状のノズル体をらせん状に配することもできる。かかるノズル体の変形については、上述したプラズマ吹出口7や凹部10aに取り付けられるノズル体にも適用が可能である。
【0122】
更に、プラズマが接触するカソード電極12の表面積を増大させるために、同カソード電極12の空洞内部をその高さ方向に延在する隔壁により仕切ることもできる。このように表面積を自在に調節することができるため、同カソード電極12の自己バイアスを自由に制御できる。なお、前記隔壁はカソード電極12の上下の壁部と密着していなくてもよく、隙間が形成され仕切られた各空間が連通していてもよい。
【0123】
仕切られた各空間にはそれぞれにガス供給口を設けることが望ましい。或いは、前記アノード電極の周壁部に開口する位置にガス供給口を形成することもでき、また、それら複数のガス供給口を組み合わせて複数形成することもできる。前記カソード電極12の前記ガス供給口からはキャリアガスのみを導入して、原料ガスは前記アノード電極のガス供給口、或いは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生領域3の内部、成膜処理領域4の内部、或いは前記プラズマ吹出口7の途中へと導入することもできる。
【0124】
カソード電極12が空洞体である上述した第5実施例では、図5に示すようにカソード電極12の空洞内部のほぼ全域においてホローカソード放電が発生している。しかしながら、前記カソード電極12の空洞内部の高さ寸法や、貫通孔12dの形状、数、及び配置、更には磁石の配置などによって、前記空洞内部の全域にわたってホロー放電が発生しない場合もあり、前記空洞内部の一部にのみホローカソード放電が発生し、或いは前記空洞内部において不均一にホローカソード放電が発生することもある。一般的傾向として、ホロー放電を起こしている貫通孔近傍の中空部分では、空洞内部でも他よりも明るいホロー放電が発生している。いずれの貫通孔12bにおいてもホロー放電が発生せず、空洞内部の少なくとも一部においてのみホロー放電が生じていても処理速度、品質ともに向上する効果がある。
【0125】
図6は、第6実施例による表面処理装置24の概略図である。同装置24は、カソード電極12′の空洞内部にホローカソード放電が発生しないように、同空洞内部の内壁面を絶縁体により構成している点で上述した第5実施例と異なるが、その他の構成は上記第5実施例の表面処理装置23と同一である。
【0126】
ただし、前記カソード電極12′の下壁部12a内面において一部電極を露出させてもよく、その場合には前記プラズマ発生領域3において発生したプラズマが貫通孔12bを通って空洞内部へと侵入し、その露出した電極面を這うことができる。それにより、プラズマが実質的に接触し得るカソード電極12′の表面積を増大させることができ、自己バイアスの増大を図ることができる。
【0127】
また、前記カソード電極12′の空洞内部にホローカソード放電を発生させないためには、上述のように内壁面を絶縁体で構成することの他にも、同空洞内部の高さHを高くする方法が挙げられるが、この高さHは、RFパワーやガス圧によっても変化するため、内壁面を絶縁体で構成する方法がより確実である。
【0128】
このようにプラズマの発生場所を制御できると共に、カソード電極12′のプラズマと接触する表面積をも調節でき、自己バイアスをも制御できるため、用途に応じた強さのプラズマを発生させることができる。
【0129】
なお、上述した空洞体であるカソード電極12の変形例として、例えば図7(a)に示す空洞体であるカソード電極15のように、空洞内部に連通する複数の貫通孔15bを有する下壁部15aと、上壁部15cとの間を、一以上の貫通孔15dを有する一以上の仕切り壁15eにより上下に複数段に仕切ることができる。また、このとき、図7(b)に示す空洞体であるカソード電極15′のように、下壁部15aに形成された複数の貫通孔13bと、仕切り壁15eに形成された複数の貫通孔15dとが、上下方向に互いに重ならないようにそれぞれの貫通孔15b,15dを形成することが好ましい。
【0130】
また、各貫通孔15b,15dの数を下壁部15aと仕切り壁15eとの間で異ならせてもよい。また、各貫通孔15b,15dの開口寸法も下壁部15aと仕切り壁15eとで異ならせてもよく、更には、下壁部15aの複数の貫通孔15bや、仕切り壁15eの複数の貫通孔15dにおいても、全て均一の開口寸法とする必要はなく、開口寸法を中心部分から外縁方向に漸減又は漸増させるように変化させることもできる。
【0131】
上述した空洞体であるカソード電極12の更に他の変形例として、図7(c)に示す空洞体からなるカソード電極16のように、複数の中空電極部材16aを連結口16bにより上下に複数段に連結することもできる。なお、図示された空間の任意の点がホロー放電プラズマの発生域となり得る。
【0132】
なお、上述したいずれの実施例も表面処理装置の上方にプラズマ発生領域3を、その下方に基板処理領域4を設けているが、これら実施例とは逆に、下方にプラズマ発生領域を配して、その上方に基板処理領域を設け、プラズマを下方から上方へと流出させるタイプの装置とすることも可能である。更には、表面処理装置のケーシング内に左右にプラズマ発生領域と基板処理領域とを水平に配し、プラズマを横方向に流出させるタイプの装置とすることも可能である。いずれの場合にあっても、基板はプラズマ吹出口に対向させてプラズマの流出方向に直交して配することができ、或いは、基板をプラズマの流出方向と平行に配することも可能である。また、プラズマ発生手段も一対のプラズマ発生電極に限定されるものではなく、例えば三極以上の電極を有する放電、マイクロ波放電や容量結合型放電、誘導結合型放電、PIG放電、電子線励起放電によるプラズマ発生手段なども採用できる。
【0133】
図8(a)及び図8(b)に示すように、ホローカソード放電が発生するカソード電極10,12のアノード電極側及び/又はその反対側の近傍に、他の電極13を配することもできる。他の電極13はカソード電極10に形成された凹部10a又は空洞体であるカソード電極12に形成された貫通孔12bの開口幅Wよりも小さな開口幅をもつ小孔13aが多数形成されている。或いは、前記他の電極13はメッシュ状であってもよい。なお、ホローカソード放電が発生する貫通孔を有するカソード電極の場合であっても、同様に、前記貫通孔の開口幅Wよりも小さな小孔が多数形成された他の電極を配することもできる。
【0134】
他の電極13はフローティング状態を含む任意の電圧にバイアスされており、特に好ましくは、接地されているアノード電極6の電圧とプラズマが有する空間電位の最大値との間の電圧値に設定され、或いは、ホローカソード放電が発生しているカソード電極10の電圧とプラズマの有する空間電位の最大値との間の電圧値に設定されている。
【0135】
更に、前記他の電極13に形成されている小孔13aを図8に示すように、カソード電極10,12の凹部10a又は貫通孔12bに対応する位置に形成すれば、電子が更にホローカソード放電域に閉じ込められて、いっそう大電流の放電である超高密度ホローカソード放電が可能になる。
【0136】
或いは、図9(a)及び9(b)に示すように、カソード電極10″に形成された凹部10a″や、カソード電極12″に形成された貫通孔12b″において、開口部分の面積が前記凹部10a″や貫通孔12b″の他の部分の断面積よりも十分小さく形成することにより、電子をホローカソード放電域である前記凹部10a″や前記貫通孔12b″内または中空部に効率よくに閉じ込めることができる。なお、同図では前記凹部10a″や貫通孔12b″はその上半部が円柱状で下半部が半球状であるが、円錐状や角錐状、更には紡錘形状としてもよい。
【0137】
図10は本発明の第7実施例である表面処理装置25の概略図である。同装置25は、カソード電極5と対向して平行に配されたアノード電極として機能するプレート部材14が空洞体である点で上述した第1実施例と異なるが、その他の構成は上記第1実施例の表面処理装置1と略同一である。
【0138】
前記アノード電極14はその中心に、上壁部14aと下壁部14bとを一直線上に貫通する単一のプラズマ吹出口7が形成されている。更に、本実施例にあっては、前記アノード電極14の空洞内部をホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記空洞内部の前記プラズマ吹出口7の形成方向に沿った対面距離、即ち図では上下壁部14a,14b間の高さHを、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。前記空洞内部の高さHは、X/20≦Hの範囲に設定することが好ましく、更には、X/5≦Hの範囲に設定することが好ましい。
【0139】
本実施例においては、プラズマ吹出口7におけるホローアノード放電に加え、更に、アノード電極14の空洞内部においてホローアノード放電が発生し、前記アノード電極14の空洞内部においても新たなプラズマが発生している。そのため、基板Sへと到達するプロセスプラズマの密度が更に高まり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理速度が向上すると共に、その処理品質も更に向上する。もちろん、いずれか一方においてのみ、ホロー放電を発生する場合であっても、従来よりも処理速度、品質ともに向上する。
【0140】
なお、図示例では前記アノード電極14の空洞内部の高さHを一定にしているが、前記高さHは一定でなくてもよい。ホローアノード放電を空洞内部の略全域にわたって均一に発生させるために、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近での空洞内部の高さHを小さくし外縁方向にその高さHを漸増させ、或いは、中心付近で高さHを大きくし外縁方向にその高さHを漸減させることが好ましい。
【0141】
或いは、前記アノード電極14は空洞内部全体においてホローアノード放電を発生させる必要は無く、少なくとも一部においてホローアノード放電を発生させることができれば、表面処理の品質及び処理速度の向上が認められる。
【0142】
図11は上述した空洞体であるアノード電極14の変形例である。上述したアノード電極14は中心に単一のプラズマ吹出口7を貫通して形成していたが、図11に示すアノード電極14′のように、上壁部14aと下壁部14bとにそれぞれ空洞内部に連通する、プラズマ吹出口としての複数の貫通孔14cを形成することも可能である。なおこの場合、上壁部14aの貫通孔14cと下壁部14bの貫通孔14cとは上下に一直線上に並ばないように互いにずらして形成することが好ましい。更に、貫通孔14cを図17〜図20の配列で形成することが好ましい。
【0143】
また、複数の前記貫通孔14cは開口幅Wが全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔14cにおいて均一にホローアノード放電を発生させるために、適宜、異なる開口幅Wに設定することができる。特に、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近の貫通孔14cは開口幅Wを小さくし外縁方向にその開口幅Wを漸増させ、或いは、中心付近で開口幅Wを大きくし外縁方向にその開口幅Wを漸減させることが好ましい。
【0144】
また、前記貫通孔14cの長さT、すなわち本実施例の場合には前記下壁部14aの厚みTは概ねX/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約によって決定される。この貫通孔14cの長さTは上述したガス圧及び直径の場合には、0.1〜70mmが好ましい。
【0145】
なお、本実施例にあっては前記貫通孔14cは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔14cを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔14cの開口幅Wとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。また、前記貫通孔14cの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔14cは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔14cを複数形成してもよい。
【0146】
前記アノード電極14′には、前記貫通孔14cの内壁面や空洞内部に開口するガス供給口8′を形成することができる。例えば成膜処理の場合には、前記プラズマ発生領域3へはキャリアガスのみを導入し、前記アノード電極14′のガス供給口8′からはモノシラン等の原料ガスを導入することにより、同原料ガスの不要な空間での分解を防止し、原料ガスを効率よく成膜処理に寄与させることができる。なお、複数の貫通孔14cの全てにガス供給口8′を設けることもでき、或いは一部の貫通孔14cにのみガス供給口8′を設けることもできる。更に、空洞内部の内壁面には複数のガス供給口8′を開口させることもできる。
【0147】
更に、アノード電極14′における空洞内部及び貫通孔14cでのホローアノード放電により生じるプラズマ密度を大きくする変形例を、図12及び図13に示す。
先ず、前記貫通孔14cにおいてホローアノード放電を効率良く発生させる観点からは、前記貫通孔14cの長さTは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。しかしながら、前記アノード電極の上下壁部14a,14bの厚みは、材料コストの観点からも空洞内部に導入されるガス圧及び印加電力に耐え得る最小の厚みにすることが望ましい。
【0148】
そのため、前記貫通孔14cの長さTを長くするためには、下壁部14bの貫通孔14cの周縁にノズル体17を取り付けることが望ましい。なお、このノズル体17は前記貫通孔14cから基板処理領域4側へ突設してもよく、或いは空洞体14aの内部へ突設することもできる。更には両側へ突設してもよい。また、同ノズル体17を図12に示すように磁石11によって構成することもできる。このとき、磁石11は直接プラズマに晒されないように配することが好ましい。
【0149】
なお、図12に示すノズル体17はいずれも、その中心線を貫通孔14cの線と一致させて配しているが、前記ノズル体17の中心線を前記貫通孔14cの軸線に対して角度をもって配する、即ち、ノズル体17を斜めに配することもできる。また、図12に示すノズル体17は断面積が一定の筒体であるが、かかる形状に限定されるものではなく、その断面積を漸増又は漸減させる形状をもつ筒体であってもよい。更にはチューブ状のノズル体をらせん状に配することもできる。
【0150】
更に、プラズマが接触するアノード電極14′の表面積を増大させるために、前記アノード電極14′の空洞内部に、上下方向に延びる隔壁や水平方向に延びる隔壁を設けて、内部を複数室に分割することもできる。なお、内部の分割された各室に形成されている貫通孔14cは全て同一であってもよく、或いは異ならせることもできる。また、上下方向に延びる前記隔壁は、前記上下壁部14a,14bとの間に隙間が形成され、各室が連通していてもよい。
【0151】
また、前記アノード電極14′には、図13に示すように、プラズマ吹出口である前記貫通孔14cや空洞内部に磁場を付与するように磁石11を各貫通孔14cの内周面、前記上下壁部14a,14b、或いは周壁部に埋設したり、それらの近傍に配することができる。前記磁石11は、その磁力線の方向が貫通孔14cの軸線方向と平行になるように磁場が印加されるよう、或いは磁力線の方向が前記上下壁部14a,14bと平行になるように磁場が印加されるよう、配されていることが好ましい。
【0152】
このように貫通孔14cや空洞内部に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔14cや空洞内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。この図12及び図13に示す構造は、図2〜図9に示すカソード電極10,10′,10″,12,12′,12″,15,15′,16において適用しても同様の効果が得られる。
【0153】
なお、上述したアノード電極であるプレート部材14が空洞体である本第7実施例の表面処理装置25において、カソード電極5を上述した第2〜第6実施例に示すようなホローカソード放電域を有するカソード電極10,12に変更することも勿論、可能である。その場合には、それぞれ上述した各実施例での作用効果を兼ね備えており、ホローアノード放電やホローカソード放電によって、プロセスプラズマの密度が高まり、各種処理速度が著しく向上する。
【0154】
図14は本発明の第8実施例である表面処理装置26の概略図である。同表面処理装置40は、空洞体からなり、アノード電極でもあるプレート部材18の内部が基板処理領域4′を構成している。
空洞体からなるアノード電極18は上壁部18aの中心に貫通孔18bが形成されており、この貫通孔18bがプラズマ吹出口を構成している。また、同アノード電極18の下壁部18cの内面中央部分が基板支持台を構成すると共に、同下壁部18cの周縁部分には複数の排気口18dが形成されている。また、同下壁部18cの中央部分には基板の加熱手段を内装させることもできる。なお、アノード電極18内の基板の支持位置や排気口18dの形成位置は上述のものに限定されるものではなく、任意の位置を選択できる。
【0155】
本実施例にあっては、前記アノード電極18の貫通孔18bをホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記貫通孔18bの開口幅Wを、W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。更に前記開口幅Wは、X/20≦Wの範囲に設定することが好ましく、X/5≦Wの範囲に設定することがより好ましい。また、本施例にあっては、前記アノード電極18の空洞内部をもホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記空洞内部の高さHを、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。前記空洞内部の高さHも、X/20≦Hの範囲に設定することが好ましく、更には、X/5≦Hの範囲に設定することが好ましい。
【0156】
但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。
【0157】
同基板処理装置26では、基板処理領域4′をアノード電極18の空洞内部に形成し、このアノード電極18の空洞内部にはホローアノード放電を発生させているため、基板Sの処理に寄与するプラズマの密度が極めて高まり、処理速度も著しく向上する。但し、この基板処理装置26では、プラズマによる基板Sへのイオンダメージが大きいため成膜処理にはどちらかといえば不適であり、同装置26はエッチング、アッシング又はイオンドーピングの処理により適している。
【0158】
図15及び図16は基板処理領域4′を構成する空洞体からなるプレート部材(アノード電極)の変形例である。図15に示すアノード電極18′は上壁部18aにプラズマ吹出口を構成する複数の貫通孔18bが形成されている点で上述のアノード電極18とは異なる。なお、前記貫通孔18bは図17〜図20に示すような配置で形成することが好ましい。
【0159】
この複数の貫通孔18bは、本実施例にあっては円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔18bを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔18bの開口幅Wとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。また、前記貫通孔18bの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔18bは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔18dを複数形成してもよい。
【0160】
また、図16に示すアノード電極18″は、プラズマ吹出口である前記貫通孔18bや排気口18d、空洞内部に磁場を付与するように磁石11を各貫通孔18bや排気口18dの内周面、前記空洞内部の上下壁部18a,18c、或いは周壁部に埋設したり、それらの近傍に配することができる。前記磁石11は、その磁力線の方向が貫通孔18bや排気口18dの軸線方向と平行になるように磁場が印加されるよう、或いは磁力線の方向が前記上下壁部18a,18dと平行になるように磁場が印加されるよう、配されていることが好ましい。なお、同図16は磁石の配置の多様な具体例を一図に示しているものであり、磁石の配置は一部のみであってもよい。
【0161】
このようにプラズマ吹出口である貫通孔18bや空洞内部に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔18bや空洞内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。電極18においても仕切り板や図12に示すノズル体などの上述した構成を取り得る。
【0162】
以上説明した本発明の各種実施例及び変形例では、プラズマ発生電極には高周波電源Pにより高周波電力を投入しているが、直流電源により直流電圧を印加することもできる。或いは、それぞれ直流や交流の電源又はパルス電源によってバイアスを印加してもよい。
また、表面処理領域4に配された基板Sとプラズマ吹出口7との間にメッシュ状の電極を設置してトライオード型に構成し、また様々なバイアスを印加することも可能である。更には、ノズル体或いは貫通孔部にのみ直流、交流又はパルス電源によりバイアスを印加してもよい。この場合には、ノズル体或いは貫通孔部のみが電極の他の部分に対して電気的に絶縁される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である表面処理装置の概略図である。
【図2】本発明の第2実施例である表面処理装置の概略図である。
【図3】本発明の第3実施例である表面処理装置の概略図である。
【図4】本発明の第4実施例である表面処理装置の概略図である。
【図5】本発明の第5実施例である表面処理装置の概略図である。
【図6】本発明の第6実施例である表面処理装置の概略図である。
【図7】空洞状のカソード電極の他の態様を示す概略図である。
【図8】本発明の他の実施例による表面処理装置におけるカソード電極部分の概略図である。
【図9】本発明の更に他の実施例による表面処理装置におけるカソード電極部分の概略図である。
【図10】本発明の第7実施例である表面処理装置の概略図である。
【図11】上記第7実施例におけるアノード電極の変形例を示す概略図である。
【図12】上記第7実施例におけるアノード電極の他の変形例を示す概略図である。
【図13】上記第7実施例におけるアノード電極の更に他の変形例を示す概略図である。
【図14】本発明の第8実施例である表面処理装置の概略図である。
【図15】上記第8実施例におけるアノード電極の変形例を示す概略図である。
【図16】上記第8実施例におけるアノード電極の他の変形例を示す概略図である。
【図17】多数の貫通孔又は凹部の配置例を示す図である。
【図18】多数の貫通孔又は凹部の他の配置例を示す図である。
【図19】多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示す図である。
【図20】多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示す図である。
【図21】渦巻き状の貫通孔又は凹部の説明図である。
【符号の説明】
1,20〜26 表面処理装置
2 ケーシング
2a 上壁
3 プラズマ発生領域
4 基板処理領域
5 カソード電極
6 プレート部材(アノード電極)
7 プラズマ吹出口
8 ガス供給口
9 基板支持台
10 カソード電極
10a 凹部
11 磁石
12 カソード電極
12a 下壁部
12b 貫通孔
12c 上壁部
12d ガス供給口
13 他の電極
13a 小孔
14 アノード電極
14a 上壁部
14b 下壁部
14c 貫通孔
15 カソード電極
15a 下壁部
15b 貫通孔
15c 上壁部
15d 貫通孔
15e 仕切り壁
16 カソード電極
16a 中空電極部材
16b 連結口
17 ノズル体
18 アノード電極
18a 上壁部
18b 貫通孔
18c 下壁部
18d 排気口
S 基板
P 高周波電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment apparatus suitable for various surface treatments on a substrate, particularly a film formation treatment on a substrate, and more particularly to a surface treatment apparatus capable of forming a crystalline thin film with high quality and high speed. Is.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, surface treatment apparatuses that perform surface treatments such as etching and film formation by applying high-frequency power to parallel plate electrodes to bring the reaction gas into a plasma state and decomposing it into chemically active ions and radicals are known. .
[0003]
For example, in a conventional parallel plate type plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for performing a film forming process, a pair of plate-like plasma generating electrodes are provided in parallel in a casing. One of the plasma generating electrodes also has a function as a substrate support, and the apparatus is further provided with a heater for adjusting the temperature of the substrate to a temperature suitable for vapor phase growth. . When electric power from a high-frequency power source (13.56 MHz power source) is applied between the two plasma generating electrodes while the substrate is placed on the one electrode, plasma is generated between these electrodes, For example, monosilane gas is activated and a silicon film is formed on the substrate surface.
[0004]
In such a conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, a large area substrate is formed by a single film formation process by increasing the area of the flat plate-like plasma generating electrode on which the substrate is placed. Has the advantage of being able to However, in the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, the source gas converted into plasma by the two plasma generating electrodes is uniformly diffused into the film forming gas processing chamber, and a part thereof is placed on the electrode. It only contributes to the deposition of the substrate. For this reason, the utilization efficiency of the source gas is low. For example, when an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film is to be formed on a substrate, the film formation rate is about 1 to 2 liters / sec. The film formation speed is slow. For this reason, manufacturing a relatively thick semiconductor device such as a solar cell requires much longer time, which has been a main factor of low throughput and high cost.
[0005]
Therefore, it is conceivable to increase the input power from the high-frequency power source in order to increase the film forming speed. However, increasing the input power increases the energy of charged particles in the plasma. Damage caused by the collision of the charged particles having high energy with the substrate deteriorates the film quality. Furthermore, with the increase of the high frequency power from the high frequency power source, a large amount of fine powder is generated in the gas phase, and the deterioration of the film quality due to the fine powder is also drastically increased.
[0006]
Therefore, in the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, in order to avoid the damage caused by the collision of such high energy charged particles and the deterioration of the film quality due to the fine powder, the input power must be suppressed. That is, there is substantially an upper limit value of input power, and the film formation rate cannot be increased to a certain level or more.
[0007]
Further, in the etching apparatus using parallel plate type plasma, since the degradation of the processing quality due to the increase of the input power is smaller than that of the film forming process, the processing speed can be increased to some extent by increasing the input power. However, at present, further improvement in the processing speed is desired for the purpose of improving the quality of the etching process, improving the manufacturing efficiency, and reducing the manufacturing cost.
[0008]
On the other hand, a photovoltaic device forming device for a strip-shaped member, which is a traveling object to be processed, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145492 has a surface area in a discharge space of a high-frequency power application electrode (cathode electrode). Is larger than the surface area in the discharge space of the entire anode electrode including the belt-shaped member, and the potential of the cathode electrode when the glow discharge occurs is maintained at a positive potential of +30 V or more with respect to the grounded anode electrode including the belt-shaped member. ing. Furthermore, a plurality of threshold electrodes are installed on the cathode electrode in a direction perpendicular to the traveling direction of the belt-shaped member, and a discharge is caused between adjacent threshold electrodes. In this way, the cathode electrode is maintained at a positive potential of +30 V or more with respect to the band-shaped member and the anode electrode, and the above-described cathode electrode structure having the threshold-shaped electrode is used. It promotes excitation and decomposition reactions of material gases.
[0009]
It is considered that the photovoltaic device forming apparatus disclosed in the above-mentioned publication certainly improves the film formation rate by promoting the excitation and decomposition reaction of the material gas on the anode electrode side including the belt-shaped member. However, since glow discharge is also generated in the space between the belt-like member and the cathode electrode, damage due to collision of charged particles is unavoidable.
[0010]
Therefore, for example, a thin film forming apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32417 is an activated gas comprising a definition chamber having a pair of opposed plasma generating electrodes in a vacuum chamber for forming a thin film on a substrate. A generator is arranged. A single pore for ejecting the activated gas into the vacuum chamber is formed in one wall portion of the activated gas generator. A substrate is supported in the vacuum chamber at a position facing the pores.
[0011]
In the thin film forming apparatus, a high frequency is applied to the pair of plasma generating electrodes.Electric powerIs applied to generate a glow discharge between both electrodes to create plasma. The source gas introduced into the activated gas generator is decomposed by this plasma. At this time, by adjusting the vacuum pump disposed in the vacuum chamber and the conductance of the pores, the vacuum degree of the vacuum chamber is lowered by two to three orders of magnitude lower than that of the activated gas generator, The converted source gas is ejected from the pores toward the substrate.
[0012]
A plasma generating electrode is arranged inside the activated gas generator defined in the vacuum chamber for forming a thin film in this way, and the source gas activated in the activated gas generator is actively directed toward the substrate. In the thin film forming apparatus to be sprayed, the deposition rate can be increased without increasing the input power. Furthermore, even when the input power is increased to generate stronger plasma, the plasma generating electrode is installed in the defined activated gas generator, and the substrate is generated by glow discharge between the electrodes. There is no risk of damage to Therefore, it is possible to further increase the deposition rate by increasing the input power. In addition, although the film formation rate is increased, crystallization of the thin film is also promoted, and a high-quality thin film can be formed at a higher film formation rate than conventional.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, although the film formation speed is increased by defining the plasma generation chamber and the film formation processing chamber, further improvement of the film formation speed is desired. High-speed deposition of microcrystalline thin films is strongly desired. In addition, because it is defined in two chambers, the internal structure of the surface treatment device becomes complicated, and a large vacuum pump is required to generate differential pressure in the two chambers. There is also a problem that soars.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of performing surface treatment at higher speed and higher quality and reducing production costs in order to achieve such a demand.
[0014]
[Means for solving the problems and effects]
  In order to solve this problem, the invention according to claim 1 is directed to generating plasma in the casing provided with plasma generating means, raw material gas inlet, and substrate support by the plasma generating means. A surface treatment apparatus for plasma-treating a substrate surface placed on the substrate support, between the plasma generation region having the plasma generation means and the substrate treatment region having the substrate support. Have one or more plasma outletsThe anode electrode is separated from the inner wall surface of the casing.At least one of saidAnode electrodeIs characterized by having one or more hollow discharge generation regions.
[0015]
  Further, in the invention according to claim 2, the plasma generating means, the raw material gas introduction port, and the substrate provided with the substrate support base, plasma is generated by the plasma generating means to convert the raw material gas into a plasma, and the substrate support A surface processing apparatus for plasma processing a substrate surface placed on a table, wherein one or more plasmas are provided between a plasma generation region provided with the plasma generating means and a substrate processing region provided with the substrate support. With outletThe anode electrode is separated from the inner wall surface of the casing.A hollow plasma generation electrode having one or more hollow discharge generation regions is arranged in the plasma generation region.
[0016]
  Further, the invention according to claim 3 of the present invention is that a plasma is generated by the plasma generating means in a casing having a plasma generating means, a raw material gas introduction port, and a substrate support, thereby converting the raw material gas into a plasma, thereby supporting the substrate. A surface treatment apparatus for plasma-treating a substrate surface placed on a table, wherein the casing is placed between a plasma generation region provided with the plasma generation means and a substrate treatment region provided with the substrate support. Has more plasma outletsThe anode electrode is separated from the inner wall surface of the casing.At least one of saidAnode electrodeIs characterized in that it has one or more hollow discharge generation regions, and a hollow plasma generation electrode having one or more hollow discharge generation regions is arranged in the plasma generation region.
[0017]
In the present invention, “hollow discharge” refers to a phenomenon in which plasma, particularly found in through holes, recesses, and cavities, is strongly generated and the density of plasma increases.
As the plasma generation means, discharge by a pair of plasma generation electrodes composed of a cathode and an anode, discharge having three or more electrodes, microwave discharge, capacitively coupled discharge, inductively coupled discharge, helicon wave discharge, PIG discharge, Means such as electron beam excited discharge can be employed.
[0018]
  4. The plate member interposed between the plasma generation region and the substrate processing region in the inventions according to claim 1 and 3.The anode electrodeThe hollow discharge generated in, HoLow anode discharge.
[0019]
  In additionWhen a pair of plasma generating electrodes consisting of a cathode and an anode is used as the plasma generating means, any one of the electrodesAlsoAdopt as a plate memberButit can.A plate member was used for the cathode electrodeIn some cases, the discharge generated in the hollow discharge generation region is a hollow cathode discharge.
  In the present specification, an electrode on the side to which main electric power for discharge is applied is a cathode electrode, and an electrode facing the cathode electrode is an anode electrode.
[0020]
  And in particular,Anode electrodeIt is preferable that the plasma outlet formed in the above is used as a hollow discharge generation region because the plasma introduced into the substrate processing region can be more effectively densified.
  In addition to the pair of plasma generating electrodes that are plasma generating means, a plate member may be interposed in two regions, and a plasma outlet may be formed in the plate member.
[0021]
In the inventions according to Claims 2 and 3, when a pair of plasma generating electrodes consisting of a cathode and an anode is adopted as the plasma generating means, at least one of the plasma generating electrodes is used as the hollow plasma generating electrode. Can also be used as Alternatively, the hollow plasma generation electrode can be arranged as a third electrode separately from the plasma generation electrode.
[0022]
In the surface treatment apparatus of the present invention as described above, a plate member may be interposed between the plasma generation region and the substrate treatment region in the casing, and it is necessary to completely define the two regions by the plate member. There is no. Therefore, the structure of the device is simplified, and the manufacturing cost of the device can be reduced.
[0023]
Furthermore, a required electric potential can be applied to the plate member, and a hollow discharge can be generated more efficiently in a hollow discharge generation region of the plate member, for example, a plasma outlet. Also, means for applying a required potential to the plate member can be easily installed.
[0024]
In particular, when a pair of plasma generating electrodes is employed as the plasma generating means and the plate member is used as one electrode of the plasma generating electrode, the plate member can be connected to and separated from the opposing electrode. Separating means can be provided. If the plate member can be brought into and out of contact with the opposing electrode in this way, the distance between the plate member and the opposing electrode, that is, between the plasma generating electrodes, for example, depending on applied power and other surface treatment conditions The distance can be adjusted appropriately. Thereby, the intensity of the discharge between the plasma generating electrodes can be adjusted, and the processing speed and processing quality can be controlled to a desired level.
[0025]
  In order to perform the surface treatment by the surface treatment apparatus, first, a raw material gas and a carrier gas are injected into the casing through the gas supply pipe, and plasma is generated in the plasma generation region by the plasma generation means. Here, in the surface treatment apparatus of the present invention, a gap between the plasma generation region and the substrate processing region.Anode electrodeHowever, each region is not defined so as to be completely partitioned as in the conventional apparatus. Thus, in the present invention, between the two regionsAnode electrodeHowever, since the two regions are not completely defined, the gas utilization efficiency is slightly lower than when the two regions are completely defined. Intervened in theAnode electrodeAs a result, the gas can remain in the plasma generation region, so that it can be converted to plasma with relatively high efficiency.
[0026]
  Plasma generated in the plasma generation region flows out from the plasma outlet to the substrate processing region due to the flow and diffusion of internal gas due to exhaust from the substrate processing region. At this time, by providing an appropriate gas flow rate and plasma parameters, the plasma in the plasma generation region is smoothly transported from the plasma outlet to the substrate processing region. Also, between the plasma generation region and the substrate processing regionAnode electrodeBy interposing, ion damage to the substrate due to plasma can be reduced.
[0027]
The source gas can be introduced until the plasma generated in the plasma generation region blows out to the substrate processing region and reaches the substrate surface. The activated source gas in the plasma reaches the substrate surface in the processing region by the plasma flow, and the substrate is subjected to surface treatment such as etching and film formation.
[0028]
  In the invention according to claim 1,Anode electrodeIt is important to generate a hollow discharge in one or more hollow discharge generation regions. By this hollow dischargeAnode electrodeSince plasma is newly generated in the hollow discharge generation region, the density of the plasma guided to the substrate processing region is increased.
[0029]
  In particular, saidAnode electrodeIf the plasma discharge port formed in is used as a hollow discharge generation region, the plasma generated in the plasma generation region is caused by an interaction such as a collision when passing through the plasma discharge port where the hollow discharge is generated. The energy of charged particles (electrons or ions) in the plasma is reduced. By reducing the energy of the electrons, the electrons are sufficient to generate neutral active species that contribute to the surface treatment from the source gas, and the ions that collide and damage the substrate surface are less likely to be generated. As a result, the number of neutral active species can be increased without increasing ions. Also, by reducing the number of high energy ions in the plasma, the effects of substrate damage due to these ions can be reduced.
[0030]
Thus, the hollow discharge increases the plasma density and neutral active species that contribute to the surface treatment, thereby increasing the surface treatment speed. Further, by reducing the energy of ions present in the plasma that collide with the substrate and cause damage, deterioration of the substrate surface can be suppressed, and high-quality surface treatment can be performed at high speed.
[0031]
In the invention according to claim 2, it is important to arrange a hollow plasma generating electrode in the plasma generating region. For example, when a pair of plasma generating electrodes consisting of an anode and a cathode is employed as the plasma generating means, at least one of them can be used as a hollow plasma generating electrode. That is, it is necessary that a hollow anode discharge is generated at the anode electrode, a hollow cathode electrode is generated at the cathode electrode, or a hollow discharge is generated at both electrodes. By generating the hollow discharge, plasma is newly generated in the hollow discharge generation region, so that the density of the plasma guided to the substrate processing region increases, and the active species contributing to the surface treatment increase. The speed of the surface treatment is further increased.
[0032]
  Further, in the invention according to claim 3, the hollow discharge and the hollow plasma generation electrode in the hollow discharge generation region of the plate member described above.The anode electrodeIt generates both a hollow discharge and Therefore, both the above-described effects of the hollow discharge at the plate member and the hollow discharge at the anode electrode are combined, and the speed and quality of the surface treatment are further improved.
[0033]
  Furthermore, not only the hollow discharge in the plate member, but also a hollow plasma generating electrodeThe anode electrodeAs a result of this hollow discharge, the following synergistic effects can be obtained in addition to the effects obtained by the respective discharges described above. That is, in addition to the hollow discharge in the plate member, the hollow discharge at the hollow plasma generating electrode occurs, so that the electron temperature in the hollow discharge region at the electrode is lowered and the electron density is increased. improves. Further, for example, when the cathode electrode is a hollow plasma generating electrode and a hollow discharge is generated at the cathode electrode, the high frequency voltage at the cathode electrode is decreased and the self-bias voltage is increased. The space potential of the plasma also increases. As a result, hollow discharge easily occurs in the plate member, and high-density plasma can be generated in the plate member. Further, for the same reason, electric field concentration is likely to occur in the plasma generation region, and it is possible to generate non-uniform discharge that has been made into high-density plasma locally.
[0034]
As the electrode material of the hollow plasma generating electrode, and when using a pair of plasma generating electrodes as the plasma generating means, in addition to SUS, Al, etc., Ni, Si, Mo, W, etc. are used as the electrode material. Can be adopted. When an electrode material having a large secondary ion emission coefficient due to ion bombardment from the plasma is used, the plasma becomes denser and the processing speed is improved. In particular, in the case of a surface treatment apparatus that performs silicon film formation, when Si is used as an electrode material, the electrode itself functions as a thin film material supply source, so that the film formation speed is improved and Stability is also increased. Furthermore, if boron or phosphorus is doped in advance on the electrode made of Si, the thin film can be automatically doped, which is particularly advantageous when a very small amount of doping is performed.
[0035]
As the substrate, glass, organic film, or metal such as SUS can be used. Furthermore, the surface treatment apparatus of the present invention can be used for various surface treatments such as film formation, ashing, etching, ion doping, etc., but a silicon thin film or an oxide film such as amorphous silicon or crystalline silicon is formed on the surface of the substrate. When used, it is particularly preferably used.
[0036]
When providing a large number of the plasma outlets, a uniform thin film can be formed at a high speed even on a large area substrate, particularly if all the outlets are used as a hollow discharge generation area to cause hollow discharge. This is preferable because it is possible.
[0037]
The source gas introduction port may be opened in the plasma generation region, or only a carrier gas is introduced into the plasma generation region, and the source gas introduction port may be opened on a side surface of the plasma outlet. it can. Further, for example, by using an introduction means such as a pipe for introducing a source gas, the source gas inlet is opened in the substrate processing region, and the source gas is introduced between the plasma outlet and the substrate in the substrate processing region. May be. When the source gas inlet is opened at the outlet or when the source gas inlet is opened at the substrate processing region, the source gas is converted into plasma by the plasma carrier gas passing through the outlet. In this case, the inner wall surface of the plasma generation region is not contaminated by the source gas.
[0038]
The plasma generating electrode can be connected to a direct current power source or a high frequency power source and applied from a direct current to a high frequency power, but it is particularly preferable to apply the high frequency power. Furthermore, a bias can be applied to the cathode electrode and the anode electrode by a DC or AC power source or a pulse generating power source, respectively.
[0039]
In order to generate hollow discharge at the plasma outlet, in the invention according to claim 4, the opening width W (1) of the minimum part of at least one of the plasma outlets is set to W (1) ≦ 5L (e) Or, it is set in a range satisfying either W (1) ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. In addition, the opening width W (1) of the minimum portion of at least one of the plasma outlets satisfies a range satisfying X / 20 ≦ W (1), and further satisfies X / 5 ≦ W (1). It is preferable to set the range.
[0040]
The mean free path of electrons in the scattering of electrons and gas molecules (including atoms) depends on the gas pressure, the scattering cross section of atoms and molecules, and the temperature. The plasma generation conditions include these gas pressures, Includes scattering cross sections of atoms and molecules, temperature, etc.
[0041]
By setting the opening width W (1) of the plasma outlet in the above range, hollow discharge can be effectively generated at the plasma outlet and plasma can be efficiently blown out from the outlet. Can do.
[0042]
In the present invention, the opening width W (1) of the plasma outlet is the diameter when the opening shape of the plasma outlet is circular, and the length of the short side when the shape is rectangular or slit. Dimensions. That is, the shortest dimension in the opening shape is the opening width W (1).
[0043]
As the shape of the plasma outlet, it is possible to adopt a shape capable of actively drawing the plasma in the plasma generation region into the outlet and diffusing the plasma at a desired angle in the substrate processing region. For example, a cylindrical shape with a circular cross section, a truncated cone shape that expands from the plasma generation region to the substrate processing region, and a combination thereof, and further, a substantially half of the upstream side is reduced in diameter toward the downstream side, and the downstream side Examples include a shape in which the half of the side expands toward the downstream side. Furthermore, as described above, the cross section may be a rectangular column shape or a slit shape.
[0044]
When surface treatment is performed over a wide area of the substrate, for example, a plurality of circular plasma outlets can be formed in a required pattern. Alternatively, it may be a substantially continuous long slit shape that can be drawn with a single stroke, specifically a spiral shape or a meandering shape.
[0045]
According to the fifth aspect of the present invention, the hollow plasma generating electrode has one or more recesses on the surface facing the plasma generated by the plasma generating means, and at least one of the recesses generates a hollow discharge. It is considered as an area.
According to the invention of claim 6, the hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode communicates with the plasma generated by the plasma generating means at one or more through holes communicating with the inside of the cavity. And at least one of the through-holes is a hollow discharge generation region.
[0046]
Thus, a recess is formed in the hollow plasma generating electrode, or a through hole communicating with the hollow plasma generating electrode as a hollow body is formed, and the recess or the through hole is defined as a hollow discharge generation region. By doing so, the surface area of the hollow plasma generating electrode that is substantially in contact with the plasma is increased. For example, when the cathode electrode is a hollow plasma generating electrode and a cathode discharge region is formed on the cathode electrode, the cathode electrode potential (self-bias) at the time of glow discharge generation can be taken in the positive direction, The consumption of input power in the vicinity of the anode electrode, that is, the excitation and decomposition reaction of the raw material gas can be promoted, and the surface treatment speed can be improved.
[0047]
Such control of the self-bias leads to control of the plasma space potential, and the magnitude of damage caused by the collision of ions with the substrate can be adjusted intentionally. Therefore, for example, when a film forming process is performed, the crystallinity of the crystalline thin film can be controlled.
[0048]
In order to effectively generate hollow discharge in the recess or the through hole, in the invention according to claim 7, the opening width W (2) of the minimum portion in the recess or the through hole is set to W (2) ≦ The range is set to satisfy either 5L (e) or W (2) ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions.
[0049]
The cross-sectional shape of the recess or the through hole can be a circle or a polygon, and the shortest dimension in the opening shape is the opening width W (2). Further, the opening width W (2) of the minimum portion of at least one of the plasma outlets satisfies the range satisfying X / 20 ≦ W (2), and further satisfies X / 5 ≦ W (2). It is preferable to set the range.
[0050]
According to the eighth aspect of the present invention, the hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has one or more through holes communicating with the inside of the cavity at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. Thus, at least a part of the inside of the cavity is a hollow discharge generation region.
In this way, by generating hollow discharge in at least a part of the inside of the cavity, the plasma density can be further increased, so that the excitation and decomposition reactions of the source gas are remarkably promoted and the surface treatment speed is improved. Further, when the hollow plasma generating electrode is a cathode electrode, the self-bias can be further controlled to a positive potential by increasing the surface area of the cathode electrode in contact with the plasma. The decomposition reaction is further promoted and the surface treatment speed is significantly improved.
[0051]
In addition, for an apparatus that performs surface treatment that does not adversely affect the collision of ions with the substrate, such as etching, ashing, or ion doping, the hollow plasma generating electrode is constituted by an anode electrode, and the inner wall surface of the anode electrode is formed. A substrate support may be used, and the inside of the anode electrode may be the substrate processing region. In this case, the entire substrate processing region is surrounded by the anode electrode, so that the substrate processing region and the plasma generation region are substantially defined.
[0052]
The substrate is directly exposed to the hollow anode discharge, and the processing speed such as etching, ashing, and ion doping is improved. However, in such a surface processing apparatus in which the inside of the anode electrode is a substrate processing region defined as a plasma generation region, the collision damage of ions to the substrate is large, so it is somewhat unsuitable for film formation processing. .
[0053]
Further, the hollow plasma generating electrode made of a hollow body is preferably provided with one or more partition walls extending in the height direction inside the cavity in order to increase the surface area thereof. That is, it is preferable that the hollow plasma generating electrode has a plurality of cavities defined by the partition walls. In this case, it is necessary to form at least one through hole for each defined region.
[0054]
In order to efficiently generate hollow discharge inside the cavity of the hollow plasma generating electrode, according to the invention according to claim 9, at least one of the inside of the cavity along the through hole formation direction of the hollow plasma generating electrode. The facing distance H at the part is set to a range satisfying either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The facing distance H inside the cavity along the formation direction of the through hole of the hollow plasma generating electrode that is a hollow body is a range that satisfies X / 20 ≦ H, and also a range that satisfies X / 5 ≦ H. It is preferable to set to.
[0055]
According to the tenth aspect of the present invention, a magnetic field is formed in the vicinity of the plasma outlet and / or in the vicinity of the recess, the through hole, and / or in the cavity. Here, “near” includes the inside of the plasma outlet, the recess, and the through hole, and the peripheral edge of the opening, the recess, and the through hole. Further, it is preferable that the magnet be arranged so that the magnetic field lines of the magnetic field are parallel to the axial direction of the plasma outlet, the concave portion, and the through hole, and parallel to the electrode surface inside the cavity.
[0056]
The strength of the magnetic field is preferably 1 to 2000 mT, more preferably 5 to 500 mT in the plasma outlet, the recess, the center of the through hole, or the inside of the cavity. In addition, the strength of the magnetic field is preferably 2 to 2000 mT, more preferably 5 to 1000 mT at the plasma outlet and / or the recess, the inner wall surface of the through hole and the vicinity thereof, or the vicinity of the cavity inner wall portion. .
[0057]
By arranging the magnetic field in this way, the trajectory of electrons is adjusted, and in or near the plasma outlet where the hollow discharge occurs, or the recess or the through hole where the hollow cathode discharge or the hollow anode discharge occurs. Thus, electrons can stay in the vicinity and the vicinity thereof, or inside the cavity for a long time, and the generation of active species contributing to the surface treatment is promoted. Therefore, the surface treatment speed is further improved. In addition, since there is no change in the energy of electrons due to this magnetic field, high-quality surface treatment can be maintained without generating ions that have an adverse effect due to the increase in electron energy.
[0058]
Furthermore, according to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a potential applying means for applying a desired potential to the substrate. For example, the potential application means can apply the same potential to the substrate by applying a desired potential to the substrate support on which the substrate is placed. The same potential applying means includes means for monitoring the potential Vs of the process plasma reaching the substrate and the potential of the substrate, if necessary. The potential Vs of the process plasma is determined by the potential of the electrode with which most of the plasma is in contact. Therefore, for example, the potential Vs of the process plasma can be monitored by monitoring the high-frequency voltage of the plasma generating electrode or the like and the self-bias.
[0059]
For example, when a film formation process is performed on a substrate, in order to suppress ion damage from plasma, it is desirable to reduce the voltage difference between the substrate and the process plasma potential Vs, which is substantially the same as the plasma potential Vs. It is more preferable to apply this potential. The potential applied to the substrate in the film formation process is preferably in the range of 1/2 to 1 times the potential Vs of the process plasma. For example, in the case of performing an etching treatment, anisotropy can be improved by applying a potential lower than the plasma potential Vs, particularly a negative voltage.
[0060]
In this way, by applying a desired potential to the substrate and intentionally controlling the voltage difference between the substrate and the plasma, plasma damage can be reduced without reducing the processing speed in the case of film formation. In addition, in the case of an etching process, the etching shape such as anisotropy can be controlled.
[0061]
Moreover, it is preferable to make a nozzle body project at the opening edge of at least one side of the plasma outlet and / or the recess and the through hole. The nozzle body may have its center line aligned with the axial direction of the plasma outlet and / or the recess and the through hole, or the center line of the nozzle body may be coaxial with the plasma outlet and / or the recess and the through hole. You may arrange | position with an angle with respect to a line direction. The shape of the nozzle body may be a cylinder having a constant cross-sectional shape or a cylinder that gradually decreases or increases the cross-sectional dimension. Furthermore, a tubular nozzle body may be arranged in a spiral shape.
[0062]
By projecting the nozzle body in the plasma blowout port and / or the recess and through hole, the thickness of the member where the plasma blowout port is formed and the hollow plasma generating electrode may be increased unnecessarily. The length of the plasma outlet and / or recess and through-hole can be freely set, and if the length is increased, the area of occurrence of hollow discharge at the plasma outlet and / or recess and through-hole is expanded. Therefore, the plasma density is increased and the surface treatment speed is improved.
[0063]
Furthermore, it is preferable that the nozzle length of the nozzle body is indefinite. That is, it is not necessary for all the nozzle bodies to have a uniform length in the plasma outlet and / or the recess, or the plasma outlet and / or the through hole, and the nozzle body can be appropriately changed. Thus, by changing the length of the nozzle body, the intensity of the plasma reaching the substrate can be made uniform over the entire surface of the substrate.
[0064]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings and preferred examples.
  FIG. 1 is a schematic view of a surface treatment apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. In the apparatus 1, a casing 2 that shields from outside air is grounded. Inside the casing 2, two regions, a plasma generation region 3 and a substrate processing region 4, are formed vertically, and a horizontal region made of an electrode material is formed between these regions.Anode electrode 6Is intervening.
[0065]
  In the plasma generation region 3, an electrode member 5 is provided on the upper wall 2 a formed by the insulator of the casing 2.Anode electrode 6It is attached in parallel. The electrode member 5 is connected to a high frequency power source P, and is disposed in parallel to face the electrode member 5.Anode electrode 6Is grounded. By applying electric power to the electrode member 5, the electrode member 5 andAnode electrode 6Discharge occurs between the two and plasma is generated. That is, the electrode member 5 isIt is a cathode electrode which comprises a plasma generating electrode.
[0066]
  In the present invention, as described above,Anode electrode 6Are separated from the inner wall surface of the casing 2 without being in close contact with each other, and are installed in the casing 2 by appropriate means, for example, a support member from the floor surface of the casing 2. Therefore, saidAnode electrode6 is easy to install, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. In this embodiment, the sameAnode electrode 6Is grounded.Anode electrode 6Is grounded independently from the casing 2, soAnode electrode 6It is also possible to apply a desired bias. Furthermore,Anode electrode 6It is also possible to change the distance to the cathode electrode 5 by moving the position up and down. By changing the distance between the anode electrode 6 and the cathode electrode 5, the discharge intensity between the two can be adjusted according to the processing conditions such as applied power, and the processing speed and processing quality can be controlled.
[0067]
  The interposition between the plasma generation region 3 and the substrate processing region 4Anode electrode 6A circular through-hole 7 is formed in the center of the plasma, and the through-hole 7 constitutes the plasma outlet 7 of the present invention.The
[0068]
In this embodiment, the cross-sectional shape of the plasma outlet 7 is circular. However, for example, a rectangular shape, or a truncated cone shape whose diameter increases from the plasma generation region 3 toward the substrate processing region 4, Further, it is possible to adopt a truncated pyramid shape, or a shape in which a substantially half part on the upstream side is reduced in diameter toward the downstream side and a half part on the downstream side is increased in diameter toward the downstream side. Further, the plasma outlet 7 can be formed into a slit shape.
[0069]
The opening width W, that is, the diameter W of the plasma outlet 7 is set in a range satisfying either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. By setting to such a range, the plasma outlet 7 can be set as a generation region of a hollow anode discharge. The opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and further, the opening width W is preferably set in a range of X / 5 ≦ W.
[0070]
Further, the dimension T in the length direction (thickness direction) of the plasma outlet 7 has a lower limit of about X / 50. The upper limit is determined by restrictions on the size of the apparatus, that is, the thickness of the anode electrode 6. The length T of the plasma outlet 7 is preferably 0.1 mm to 100 mm in the case of the gas pressure and diameter described above. From the viewpoint of efficiently generating a hollow discharge, it is advantageous that the length T of the plasma outlet 7 is large, and a stronger plasma can be generated. Therefore, a substantial length T of the plasma outlet 7 can be increased by attaching a nozzle body to the opening edge of the plasma outlet 7.
[0071]
In this embodiment, a gas supply port 8 is formed through the upper wall 2a of the casing 2 and the cathode electrode 5, and a film forming process is performed from the gas supply port 8 into the plasma generation region 3. In some cases, for example, a mixed gas of a source gas such as monosilane and a carrier gas for promoting the generation of plasma and stabilizing the plasma and transporting the source gas to the substrate S is introduced. The gas supply port 8 is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular tube shape.
[0072]
Furthermore, the formation position of the gas supply port 8 is not limited to the above position, and can be formed at an arbitrary position. For example, as shown in FIG. 2, it may be formed at a position opening at the bottom of the recess 5 a, or may be formed at a position opening at the peripheral wall of the anode electrode 6. Also, a plurality of the gas supply ports 8 can be formed.
[0073]
Note that only the carrier gas is introduced into the plasma generation region 3 from the gas supply port 8, and a different introduction port is provided for the source gas separately to provide the plasma generation region 3, the film forming region 4, or the plasma outlet. 7 can also be introduced.
[0074]
A substrate support 9 is arranged in the substrate processing region 4 at a position facing the plasma outlet 7. In this embodiment, since the substrate support 9 is grounded, the substrate S placed on the support 9 is similarly grounded. The substrate support 9, that is, the substrate S, can be biased in a direct or alternating manner without being grounded, or can be biased in a pulse manner. Alternatively, the substrate S can be electrically insulated from the substrate support 9. The substrate support 9 has a built-in heater, and the temperature of the substrate S placed on the upper surface of the substrate support 9 is adjusted to a temperature suitable for vapor phase growth.
[0075]
When a film forming process is performed by the surface treatment apparatus 1, if a high frequency power is applied to the cathode electrode 5 by a high frequency power source P, a discharge occurs between the electrodes 5 and 6, and plasma is generated in the plasma generation region 3. To do. The plasma activates the source gas and the carrier gas introduced into the plasma generation region 3 to generate active species that contribute to film formation. At this time, the plasma in the plasma generation region 3 flows out from the plasma outlet 7 into the substrate processing region 4 due to the flow of internal gas accompanying the exhaust from the substrate processing region 4 and further diffusion. The surface of the substrate S in the processing region 4 is plasma-processed by the plasma flow, and a thin film is formed on the surface of the substrate 4.
[0076]
At this time, in the present invention, by setting the opening width W of the plasma outlet 7 within the above range, a hollow anode discharge is generated at the plasma outlet 7. Due to this hollow anode discharge, a new plasma is generated at the plasma outlet 7, so that the density of the plasma guided to the substrate processing region 4 is increased. Furthermore, when the plasma generated in the plasma generation region 3 passes through the plasma outlet 7 which is the generation region of the hollow anode discharge, the energy of electrons in the plasma is sufficient to generate active species, Therefore, the plasma introduced to the substrate processing region 4 further increases the number of active species contributing to the film formation, resulting in a plasma with a high density, and the film formation rate is remarkably high. improves. Furthermore, since the ion energy in the plasma also decreases when passing through the plasma outlet 7 where hollow anode discharge is generated, the plasma guided to the substrate processing region 4 collides with the substrate. There are few ions that cause damage, and high-quality film formation is possible.
[0077]
As described above, in the present embodiment, the substrate support 9, that is, the substrate S is grounded. However, a desired potential can be applied without grounding the substrate S. In the film formation process, a potential that is 1/2 to 1 times the potential Vs of the process plasma that reaches the substrate S is applied to the substrate S to reduce the voltage difference between the substrate and the process plasma. It is possible to form a high-quality thin film by reducing ion damage from plasma.
[0078]
At this time, the potential Vs of the process plasma is determined by the potential of the electrode with which most of the plasma is in contact. Therefore, for example, the potential Vs of the process plasma can be monitored by monitoring a high-frequency voltage such as a cathode electrode and a self-bias.
[0079]
Furthermore, in this embodiment, a single plasma outlet 7 having a circular cross section is formed. However, when surface treatment is performed over a wide area of the substrate S, the plasma outlet 7 is, for example, shown in FIGS. A plurality of them can be formed in the arrangement as shown in FIG. The arrangement based on the regular hexagon shown in FIG. 17A, the arrangement based on the quadrangle shown in FIG. 17B, the arrangement based on the triangle shown in FIG. Furthermore, as shown in FIGS. 18A to 18C, in these arrangements, an arrangement in which a plasma outlet is not formed at the central portion is more preferable. Moreover, it is also preferable to set it as the arrangement | positioning except the radial form shown to Fig.19 (a) and FIG.19 (b), and the center part shown to Fig.20 (a) and FIG.20 (b).
[0080]
Furthermore, if a substantially continuous slit shape that can be drawn with one stroke, for example, a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. 21, a uniform process can be performed over a large area. In addition, it is preferable to set the hole diameter and the slit width W within the scope of the present invention, both in the case of a plurality of holes and in the shape of a slit. However, the plurality of holes do not need to have a constant hole diameter, and the slit width does not need to be constant in the length direction. In order to generate a hollow anode discharge uniformly, it is desirable to gradually reduce or gradually increase the size of the hole diameter and the slit width from the central portion of the anode electrode to the outer edge portion according to various conditions.
[0081]
  In the above embodiment, the aboveAnode electrode 6The electrodes 5 and 6 can be biased by a DC or AC power source or a pulse power source, respectively. At this time, the present inventionAnode electrode 6Is not in close contact with the inner wall surface of the casing 2 and is installed independently of the casing by, for example, a support member from the floor surface.Anode electrode 6Application of a bias to is easy.
[0082]
In this embodiment, since the internal gas is exhausted from the substrate processing region 4, a flow of internal gas from the plasma generation region 3 to the substrate processing region 4 is formed in the surface processing apparatus. However, the present invention is not limited to this. An internal gas exhaust port may be provided in the plasma generation region to reverse the flow of the internal gas. However, in this case, since the plasma is transported from the plasma generation region 3 to the substrate processing region 4 only by diffusion and plasma transport due to the flow of the internal gas cannot be expected, the surface treatment speed is slightly reduced. As a result, high-speed processing is ensured. Gas can be introduced at any position of the casing. In particular, when a gas is introduced from the substrate processing region 4, it is easy to obtain a diffusion effect.
[0083]
Furthermore, even when other surface treatments such as ashing, etching, ion doping and the like are performed using the above-described apparatus, the surface treatment can be performed at a lower temperature and at a higher speed than in the past. For example, when an etching process is performed, anisotropy can be improved by applying a potential lower than the potential Vs of the process plasma, particularly a negative voltage, to the substrate S.
[0084]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0085]
FIG. 2 is a schematic view of a surface treatment apparatus 20 according to a second embodiment of the present invention. This example has the same configuration as that of Example 1 except that the cathode electrode is different.
In the second embodiment, the cathode electrode 10 constitutes the hollow plasma generating electrode of the present invention. That is, a plurality of concave portions 10 a having a circular cross section are formed on the surface of the cathode electrode 10 facing the anode electrode 6. The opening width W of the concave portion 10a, that is, the diameter W is set in a range satisfying either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions.
[0086]
The opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and further, the opening width W is preferably set in a range of X / 5 ≦ W. When the gas pressure is in the range of 10 to 1400 Pa among the plasma generation conditions, the diameter of the recess 10a is set in the range of 0.1 to 100 mm, more preferably 1 to 20 mm. By setting the diameter of the concave portion 10a within such a range, the concave portion 10a can be set as a hollow cathode discharge generation region.
[0087]
The plurality of recesses 10a are preferably formed in an arrangement as shown in FIGS. The arrangement based on the regular hexagon shown in FIG. 17A, the arrangement based on the quadrangle shown in FIG. 17B, the arrangement based on the triangle shown in FIG. Furthermore, as shown in FIGS. 18A to 18C, in these arrangements, an arrangement in which the concave portion 10a is not formed in the central portion, that is, the position directly above the plasma outlet 7 is further preferable. Moreover, it is also preferable to set it as the arrangement | positioning except the radial form shown to Fig.19 (a) and FIG.19 (b), and the center part shown to Fig.20 (a) and FIG.20 (b).
[0088]
The depth D of the concave portion 10a is generally set to have a lower limit of X / 50. The upper limit is determined by restrictions on the size of the apparatus, that is, the thickness of the cathode electrode 10. The depth D of the recess 10a is preferably 0.1 mm to 100 mm in the case of the gas pressure and diameter described above. From the viewpoint of efficiently generating a hollow discharge, it is advantageous that the depth D of the concave portion 10a is large, and a stronger plasma can be generated. Therefore, a nozzle body can be attached to the opening edge of the recess 5a to increase the substantial depth D of the recess 10a.
[0089]
In the present embodiment, the recess 10a has a circular cross section, but may have a polygonal shape. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. For example, the bottom surface may be a concave portion larger or smaller than the opening. Furthermore, the concave portion 10a may have a rectangular or groove structure such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a rectangular or spiral groove structure, the opening width W of the recess 10a is a groove width (a dimension between groove walls), and the groove width is set within the above-described range. . The groove width may not be constant, and the groove width can be gradually decreased or gradually increased from the center of the cathode electrode 10 toward the outer edge. Moreover, you may form a partial unevenness | corrugation in the inner wall face of the said recessed part 10a. The plurality of recesses 10a do not have to have the same size and form, and a plurality of recesses 10a having different sizes and forms may be formed.
[0090]
At this time, the cathode electrode 10 is formed with a plurality of recesses 10a, and the opening width W of the recesses 10a is set within the above-mentioned range, so that a normal glow discharge is performed according to the applied high frequency power. To discharge including hollow cathode discharge. Hollow cathode discharge is generated in the recess 10a, and new plasma is generated in the recess 10a. Therefore, the plasma generated in the plasma generation region 3 becomes a high-density plasma, and the number of active species contributing to the film forming process increases, so that the surface treatment speed is increased. Further, by forming the concave portion 10a in the cathode electrode 10, the surface area of the cathode electrode 10 that is substantially in contact with plasma is increased. As a result, the self-bias at the time of discharge generation can be taken in a more positive direction, the excitation and decomposition reaction of the source gas in the vicinity of the grounded anode electrode 6 is promoted, and the surface treatment speed is improved. be able to.
[0091]
Furthermore, in addition to the hollow anode discharge at the plasma outlet 7, the hollow cathode discharge is generated, so that the electron temperature of the plasma between the electrodes 10 and 6 is lowered and the electron density is increased. Will improve. Furthermore, since the high-frequency voltage at the cathode electrode 10 decreases and the self-bias voltage increases due to the hollow cathode discharge, the space potential of the plasma generated between the electrodes 10 and 6 also increases. As a result, a hollow anode discharge is likely to occur at the plasma outlet 7, and a synergistic effect can be obtained that high-density plasma can be generated at the plasma outlet 7. Further, for the same reason, electric field concentration is likely to occur in the plasma generation region 3, and non-uniform discharge that is locally converted to high-density plasma can be generated.
[0092]
FIG. 3 is a schematic view of a surface treatment apparatus 21 according to a third embodiment of the present invention. The apparatus 21 is different from the first embodiment described above in that the magnet 11 is arranged on the inner wall surface of the recess 10a formed on the cathode electrode 10 and the inner wall surface of the plasma outlet 7; This is the same as the surface treatment apparatus 1 of the first embodiment. The magnet 11 only needs to be arranged so as to apply a magnetic field to the recess 10a and the plasma outlet 7. Accordingly, the magnet 11 is embedded in the inner wall surface as shown in FIG. 3, for example, embedded in the cathode electrode 10 above the recess 10 a, or outside the cathode electrode 10. It is also possible to arrange them, or a combination of these arrangements. In arranging these magnets 11, it is preferable to attach the magnets 11 so that the magnets 11 are not directly exposed to plasma.
[0093]
It is preferable that the magnetic field of the magnet 11 is applied so that the direction of the lines of magnetic force is parallel to the axial directions of the recess 10 a and the plasma outlet 7. The strength of the magnet is 1 to 2000 mT at the axial center of the recess 110 a and the plasma outlet 7, and 2 to 2000 mT at the inner wall surface and the vicinity thereof, more preferably 5 to 500 mT at the axial center and at the inner wall surface and the vicinity thereof. 5 to 1000 mT.
[0094]
In this way, by forming a magnetic field in the recess 10a and the plasma outlet 7, the trajectory of electrons generated in the plasma is adjusted by the magnetic field, and electrons are introduced into the recess 10a and the plasma outlet 7. Can stay longer. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be extended without increasing the electron energy (electron temperature), so that the generation of active species is promoted and the film formation rate is improved.
[0095]
Further, when the magnet 11 is arranged to form a magnetic field, the allowable range of the dimension of the opening width W or depth D of the recess 10 a or the opening width W of the plasma outlet 7 is not provided with the magnet 11. Compared to about 30%.
[0096]
In this embodiment, the magnets 11 are arranged in all the recesses 10a and the plasma outlets 7. However, the magnets 11 are arranged only in selected ones instead of the magnets 11 in all of them. You can also. Furthermore, it is possible to form a magnetic field by means such as an electromagnet. Further, the arrangement of the magnetic field including the polarity of the magnet and the intensity of the magnetic field are arbitrarily set so as to increase the plasma density.
[0097]
  FIG. 4 is a schematic view of a surface treatment apparatus 22 according to a fourth embodiment of the present invention. This surface treatment device 22 is also provided between two regions of the plasma generation region 3 and the substrate treatment region 4 in the casing 2.Anode electrode6 'is interposed. SaidAnode electrodeReference numeral 6 'denotes an anode electrode of a plasma generating electrode, and a circular plasma outlet 7' is formed at the center of the anode electrode 6 '.
[0098]
The cathode electrode 10 is formed with a plurality of concave portions 10a having a circular cross section on the surface facing the anode electrode 6 '. The opening width W of the concave portion 10a is W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X. Is set in a range that satisfies either of the above. More preferably, the opening width W is set in a range of X / 5 ≦ W. By setting the diameter of the recess 10a within such a range, hollow cathode discharge occurs in the recess 10a.
[0099]
The above configuration of the present embodiment is the same as that of the second embodiment described above. However, the opening width W of the plasma outlet 7 ′ formed in the anode electrode 6 ′ is large, or the length (thickness) T Therefore, it is different from the surface treatment apparatus 1 of the first embodiment described above in that no hollow discharge is generated at the plasma outlet 7 ′.
[0100]
In this embodiment, since hollow discharge does not occur at the plasma outlet 7 ', the surface treatment speed and quality are slightly inferior to those of the first embodiment described above, but hollow cathode discharge occurs in the recess 10a of the cathode electrode 10. Therefore, the processing speed and processing quality are improved as compared with the conventional surface processing apparatus.
[0101]
FIG. 5 is a schematic view of a surface treatment apparatus 23 according to a fifth embodiment of the present invention. The apparatus 23 differs from the second embodiment described above in that the cathode electrode 12 which is the hollow plasma generating electrode of the present invention is a hollow cylindrical hollow body, but the other configuration is the surface treatment of the second embodiment. Same as device 1.
[0102]
  The cathode electrode 12, which is a hollow body,Anode electrode 6A plurality of through-holes 12b having a circular cross section communicating with the inside of the cavity are formed in a portion opposed to the cathode electrode 12, that is, the lower wall portion 12a of the cathode electrode 12. The through holes 12b are preferably formed in an arrangement as shown in FIGS. The through hole 12b is more preferably formed at a position avoiding the position directly above the plasma outlet 7 formed in the anode electrode 6, that is, at the arrangement shown in FIG.
[0103]
The opening width W, that is, the diameter W is set to a range satisfying either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X so that the through hole 12b can be a hollow cathode discharge generation region. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and more preferably in a range of X / 5 ≦ W.
[0104]
Further, the plurality of through holes 12b may not have the same opening width W, and different opening widths W may be appropriately set in order to uniformly generate hollow cathode discharge in the plurality of through holes 12b. it can. In particular, the through hole 12b near the center decreases the opening width W and gradually increases the opening width W in the outer edge direction according to the frequency of the applied power or according to other conditions, or increases the opening width W near the center. It is preferable that the opening width W be gradually increased in the outer edge direction.
[0105]
When the gas pressure is in the range of 10 to 1400 Pa among the plasma generation conditions, the diameter of the through hole 12b is set in the range of 0.1 to 100 mm, more preferably 1 to 20 mm. By setting the diameter of the through hole 12b within this range, a hollow cathode discharge is generated in the through hole 12b.
[0106]
Further, the length T of the through hole 12b, that is, in the case of the present embodiment, the thickness T of the lower wall portion 12a generally has a lower limit of X / 50. The upper limit is determined by device size constraints. In the case of the gas pressure and diameter described above, the length T of the through hole 12b is preferably 0.3 to 70 mm.
[0107]
In the present embodiment, the through hole 12b has a circular cross section, but may have any other shape such as an ellipse, a rectangle, a polygon, and an indefinite shape. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Furthermore, the through-hole 12b may have a slit structure having a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional extension such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through-hole 12b is the slit width, and this slit width is set within the above range. The slit width does not have to be constant, and can be gradually increased or decreased from the center toward the outer edge. Moreover, you may form a partial unevenness | corrugation in the inner wall face of the said through-hole 12b. The plurality of through holes 12b do not have to have the same size and the same form, and a plurality of through holes 12b having different sizes and forms may be formed.
[0108]
Furthermore, in this embodiment, the facing distance inside the cavity along the direction in which the through hole 12b of the cathode electrode 12 is formed, that is, the inside of the cavity of the cathode electrode 12 can be used as a generation region of a hollow cathode discharge, that is, In the drawing, the vertical height H is set in a range satisfying either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The height H inside the cavity is preferably set in the range of X / 20 ≦ H, and more preferably in the range of X / 5 ≦ H. When the gas pressure is within the range of 10 to 1400 Pa as described above and the dimension of the through hole 11b is within the above range, the height H inside the cavity is 0.1 to 100 mm. Preferably, the height H inside the cavity is more preferably set to 1 to 20 mm.
[0109]
In the illustrated example, the height H inside the cavity is constant. However, the height H may not be constant, and the height H is set within the above-described range in at least a part of the inside of the cavity. do it. In order to generate a hollow cathode discharge uniformly over almost the entire area inside the cavity, the height H inside the cavity near the center is reduced according to the frequency of the applied power or according to other conditions, and the height in the outer edge direction is increased. It is preferable to gradually increase the height H, or to increase the height H near the center and gradually decrease the height H in the outer edge direction.
[0110]
Further, in the illustrated example, the cathode electrode 12 is a hollow body having a substantially uniform wall portion and hollow as a whole. However, the peripheral wall portion is thickened so that only the central portion is hollow or the local portion is hollow. A typical hollow part can also be formed. Moreover, a recessed part can also be formed in the hollow part.
[0111]
A cylindrical gas supply port 12d is formed in the center of the upper wall portion 12c of the cathode electrode 12, and a source gas such as monosilane and plasma are promoted from the gas supply port 12d into the cavity of the cathode electrode 11. In addition, a mixed gas with a carrier gas for stabilizing the plasma and conveying the source gas to the substrate S is introduced. The gas supply port 12d is not limited to a cylindrical shape, and may be a rectangular cylindrical shape. Further, the formation position of the gas supply port 12d is not limited to the center of the upper wall portion 12c, and any number can be formed at any position.
[0112]
The mixed gas introduced into the cathode electrode 12 from the gas supply port 12d is introduced into the plasma generation region 3 from the through hole 12b in a shower shape. As described above, the mixed gas is once stored in the cathode electrode 12 and then introduced into the plasma generation region 3 in the form of a shower from the through-hole 12b, so that the mixed gas has a uniform concentration and pressure. It can be introduced into the plasma generation region 3.
[0113]
It should be noted that only the carrier gas is introduced into the cavity of the cathode electrode 12 and a different inlet is provided for the source gas separately to provide the inside of the plasma generation region 3, the inside of the film forming region 4, or the plasma outlet. 7 can also be introduced.
[0114]
When high frequency power is applied to the cathode electrode 12 by a high frequency power source P, a discharge occurs between the electrodes 12 and 6, and plasma is generated in the plasma generation region 3. A transition from normal glow discharge to discharge including hollow cathode discharge is made according to the applied high frequency power. At this time, the cathode electrode 12 generates a hollow cathode discharge in the through hole 12b, generates a new plasma in the through hole 12b, and also generates a hollow cathode discharge in the cavity of the cathode electrode 12. New plasma is generated. Therefore, the plasma generated in the plasma generation region 3 becomes a high-density plasma, and the number of active species contributing to the film forming process increases, so that the surface treatment speed is increased.
[0115]
Further, since the cathode electrode 12 is a hollow body and a through hole 12b is formed to generate plasma in the through hole 12b and the inside of the cavity, the surface area of the cathode electrode 12 that is substantially in contact with the plasma is It further increases compared to the case of the second embodiment described above. As a result, the self-bias at the time of discharge generation can be brought to the positive side, the excitation and decomposition reaction of the source gas in the vicinity of the grounded anode electrode 6 is promoted, and the surface treatment speed is further improved. Can be made.
[0116]
Furthermore, a magnet can be arranged at an appropriate location so as to form a magnetic field inside the cavity of the cathode electrode 12 which is a hollow body or in the through hole 12b. In this case, the magnetic field of the magnet is preferably applied so that the direction of the magnetic lines of force is parallel to the axial direction of the through-hole 12b and so as to be parallel to the electrode surface inside the cavity. The strength of the magnet is 1 to 2000 mT at the center of the through hole and inside the cavity, and 2 to 2000 mT at and around the inner wall surface inside the through hole and the cavity, more preferably 5 to 500 mT at the center and around the inner wall surface and the vicinity thereof. 5 to 1000 mT.
[0117]
In this way, by forming a magnetic field inside the through-hole 12b and the cavity, the trajectory of electrons generated in the plasma is adjusted by the magnetic field, and the electrons stay in the through-hole 12b and the cavity for a long time. Can do. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be extended without increasing the electron energy (electron temperature), so that the generation of active species is promoted and the film formation rate is improved.
[0118]
It is not necessary to form the magnetic field in all the through holes 12b, and the magnetic field can be formed only in one selected. It is also possible to form a magnetic field by means such as an electromagnet.
[0119]
Furthermore, in order to increase the plasma density generated by the hollow cathode discharge in the through hole 12b or the cavity in the cathode electrode 12, from the viewpoint of efficiently generating the hollow cathode discharge in the through hole 12b, A larger length T is advantageous, and a stronger plasma can be generated. However, it is desirable that the thickness of the lower wall portion 12a of the cathode electrode 12 be a minimum thickness that can withstand the gas pressure and applied power introduced into the cavity from the viewpoint of material cost.
[0120]
Therefore, in order to increase the length T of the through hole 12b, it is desirable to attach a nozzle body to the periphery of the through hole 12b. The nozzle body may protrude from the through hole 12b toward the plasma generation region 3 or may protrude into the cavity. Furthermore, you may project on both sides. In addition, the nozzle body can be constituted by a magnet. However, it is preferable that the magnet is not directly exposed to the plasma.
[0121]
The nozzle body may be arranged with its center line aligned with the line of the through hole 12b, and the center line of the nozzle body is arranged at an angle with respect to the axis of the through hole 12b. It can also be arranged diagonally. Further, the nozzle body can be arranged in a spiral shape with a cylindrical body having a constant cross-sectional area, a cylindrical body having a shape that gradually increases or decreases the cross-sectional area, and a tubular nozzle body. Such deformation of the nozzle body can also be applied to the nozzle body attached to the plasma outlet 7 or the recess 10a described above.
[0122]
Furthermore, in order to increase the surface area of the cathode electrode 12 in contact with the plasma, the inside of the cavity of the cathode electrode 12 can be partitioned by a partition wall extending in the height direction. Since the surface area can be freely adjusted in this way, the self-bias of the cathode electrode 12 can be freely controlled. The partition does not have to be in close contact with the upper and lower wall portions of the cathode electrode 12, and a space formed by a gap may be communicated with each other.
[0123]
It is desirable to provide a gas supply port in each partitioned space. Alternatively, a gas supply port can be formed at a position opening in the peripheral wall portion of the anode electrode, or a plurality of gas supply ports can be formed in combination. Only the carrier gas is introduced from the gas supply port of the cathode electrode 12, and the source gas is provided with a gas supply port of the anode electrode, or a different introduction port, so that the inside of the plasma generation region 3 and the film formation process are performed. It can also be introduced into the region 4 or in the middle of the plasma outlet 7.
[0124]
In the fifth embodiment described above in which the cathode electrode 12 is a hollow body, a hollow cathode discharge is generated in almost the entire area inside the cavity of the cathode electrode 12 as shown in FIG. However, depending on the height inside the cavity of the cathode electrode 12, the shape, number, and arrangement of the through holes 12d, and the arrangement of magnets, hollow discharge may not occur over the entire area inside the cavity. A hollow cathode discharge may occur only in a part of the inside of the cavity, or a hollow cathode discharge may occur nonuniformly inside the cavity. As a general tendency, a hollow discharge that is brighter than the others is generated in the hollow portion in the vicinity of the through hole in which the hollow discharge is generated. In any of the through holes 12b, no hollow discharge is generated, and even if the hollow discharge is generated only in at least part of the inside of the cavity, there is an effect of improving both the processing speed and the quality.
[0125]
FIG. 6 is a schematic view of a surface treatment apparatus 24 according to the sixth embodiment. The device 24 differs from the fifth embodiment described above in that the inner wall surface in the cavity is made of an insulator so that hollow cathode discharge does not occur in the cavity of the cathode electrode 12 '. The configuration is the same as that of the surface treatment apparatus 23 of the fifth embodiment.
[0126]
However, a part of the electrode may be exposed on the inner surface of the lower wall portion 12a of the cathode electrode 12 '. In this case, the plasma generated in the plasma generation region 3 enters the cavity through the through hole 12b. The exposed electrode surface can be scratched. Thereby, the surface area of the cathode electrode 12 ′ with which the plasma can substantially contact can be increased, and the self-bias can be increased.
[0127]
Further, in order to prevent the hollow cathode discharge from being generated inside the cavity of the cathode electrode 12 ', in addition to the construction of the inner wall surface as described above, the method of increasing the height H inside the cavity However, since this height H also changes depending on the RF power and gas pressure, a method of configuring the inner wall surface with an insulator is more reliable.
[0128]
In this way, the plasma generation location can be controlled, the surface area of the cathode electrode 12 ′ in contact with the plasma can be adjusted, and the self-bias can also be controlled, so that the plasma having a strength corresponding to the application can be generated.
[0129]
As a modification of the cathode electrode 12 that is the above-described hollow body, for example, a lower wall portion having a plurality of through holes 15b that communicate with the inside of the cavity, such as the cathode electrode 15 that is the hollow body shown in FIG. The space between 15a and the upper wall portion 15c can be divided into a plurality of stages in the vertical direction by one or more partition walls 15e having one or more through holes 15d. At this time, a plurality of through-holes 13b formed in the lower wall portion 15a and a plurality of through-holes formed in the partition wall 15e as in the cathode electrode 15 'which is a hollow body shown in FIG. 7B. It is preferable to form the respective through holes 15b and 15d so that 15d does not overlap with each other in the vertical direction.
[0130]
Further, the number of the through holes 15b and 15d may be different between the lower wall portion 15a and the partition wall 15e. Moreover, the opening dimension of each through-hole 15b, 15d may also differ in the lower wall part 15a and the partition wall 15e, Furthermore, several penetration hole 15b of the lower wall part 15a and several penetration of the partition wall 15e are sufficient. Also in the holes 15d, it is not necessary to make all the openings uniformly uniform, and the openings can be changed so as to gradually decrease or gradually increase from the central portion toward the outer edge.
[0131]
As still another modified example of the cathode electrode 12 which is the above-described hollow body, a plurality of hollow electrode members 16a are vertically arranged in a plurality of stages by connecting ports 16b as in the cathode electrode 16 having a hollow body shown in FIG. It can also be connected to. It should be noted that any point in the space shown can be a hollow discharge plasma generation region.
[0132]
In any of the above-described embodiments, the plasma generation region 3 is provided above the surface treatment apparatus and the substrate treatment region 4 is provided below the surface treatment apparatus. On the contrary, the plasma generation region is disposed below. It is also possible to provide a type of apparatus in which a substrate processing region is provided above and a plasma flows out from below to above. Furthermore, it is also possible to provide a type of apparatus in which the plasma generation region and the substrate processing region are horizontally arranged in the left and right within the casing of the surface processing apparatus, and the plasma flows out in the lateral direction. In either case, the substrate can be disposed so as to face the plasma outlet and orthogonal to the plasma outflow direction, or the substrate can be disposed in parallel with the plasma outflow direction. The plasma generating means is not limited to a pair of plasma generating electrodes. For example, discharge having three or more electrodes, microwave discharge, capacitively coupled discharge, inductively coupled discharge, PIG discharge, electron beam excited discharge. It is also possible to adopt a plasma generating means or the like.
[0133]
As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), another electrode 13 may be disposed in the vicinity of the anode electrode side and / or the opposite side of the cathode electrodes 10 and 12 where hollow cathode discharge occurs. it can. The other electrode 13 has a large number of small holes 13a having an opening width smaller than the opening width W of the through hole 12b formed in the recess 10a formed in the cathode electrode 10 or the cathode electrode 12 which is a hollow body. Alternatively, the other electrode 13 may have a mesh shape. Even in the case of a cathode electrode having a through hole in which a hollow cathode discharge is generated, similarly, another electrode in which many small holes smaller than the opening width W of the through hole can be arranged. .
[0134]
The other electrode 13 is biased to an arbitrary voltage including a floating state, and is particularly preferably set to a voltage value between the voltage of the grounded anode electrode 6 and the maximum value of the space potential of the plasma, Alternatively, it is set to a voltage value between the voltage of the cathode electrode 10 where the hollow cathode discharge is generated and the maximum value of the space potential of the plasma.
[0135]
Further, if the small hole 13a formed in the other electrode 13 is formed at a position corresponding to the concave portion 10a or the through hole 12b of the cathode electrodes 10 and 12, as shown in FIG. It becomes possible to perform ultra-high density hollow cathode discharge, which is a higher current discharge, confined in the region.
[0136]
Alternatively, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), in the recess 10a ″ formed in the cathode electrode 10 ″ and the through hole 12b ″ formed in the cathode electrode 12 ″, the area of the opening portion is the above-mentioned. By forming it sufficiently smaller than the cross-sectional area of the recess 10a "and other portions of the through-hole 12b", electrons can be efficiently put into the recess 10a "and the through-hole 12b" which are hollow cathode discharge regions or in the hollow portion. Can be confined. In the figure, the concave portion 10a ″ and the through hole 12b ″ have a cylindrical shape in the upper half and a hemispherical shape in the lower half, but they may have a conical shape, a pyramid shape, or a spindle shape.
[0137]
FIG. 10 is a schematic view of a surface treatment apparatus 25 according to the seventh embodiment of the present invention. The apparatus 25 is different from the first embodiment described above in that the plate member 14 functioning as an anode electrode arranged in parallel to face the cathode electrode 5 is a hollow body, but other configurations are the same as those in the first embodiment. This is substantially the same as the surface treatment apparatus 1 of the example.
[0138]
In the center of the anode electrode 14, a single plasma outlet 7 is formed that penetrates the upper wall portion 14 a and the lower wall portion 14 b in a straight line. Further, in the present embodiment, the facing distance along the direction of formation of the plasma outlet 7 inside the cavity, that is, the upper and lower sides in the figure, so that the inside of the cavity of the anode electrode 14 can be a generation region of a hollow anode discharge. The height H between the wall portions 14a and 14b is set in a range satisfying either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The height H inside the cavity is preferably set in the range of X / 20 ≦ H, and more preferably in the range of X / 5 ≦ H.
[0139]
In this embodiment, in addition to the hollow anode discharge at the plasma outlet 7, a hollow anode discharge is generated inside the cavity of the anode electrode 14, and a new plasma is also generated inside the cavity of the anode electrode 14. . Therefore, the density of the process plasma that reaches the substrate S is further increased and the number of active species that contribute to the film forming process is increased, so that the surface treatment speed is improved and the treatment quality is further improved. Of course, even in the case where hollow discharge is generated only in either one, both the processing speed and quality are improved as compared with the conventional case.
[0140]
In the illustrated example, the height H inside the cavity of the anode electrode 14 is constant, but the height H may not be constant. In order to generate a hollow anode discharge uniformly over almost the entire area inside the cavity, the height H inside the cavity near the center is reduced according to the frequency of the applied power or according to other conditions, and the height in the outer edge direction is increased. It is preferable to gradually increase the height H, or to increase the height H near the center and gradually decrease the height H in the outer edge direction.
[0141]
Alternatively, it is not necessary for the anode electrode 14 to generate a hollow anode discharge in the entire inside of the cavity, and if the hollow anode discharge can be generated in at least a part, the quality of the surface treatment and the processing speed can be improved.
[0142]
FIG. 11 shows a modification of the anode electrode 14 that is the above-described hollow body. The anode electrode 14 described above is formed so as to penetrate the single plasma outlet 7 at the center. However, as in the anode electrode 14 'shown in FIG. 11, the upper wall portion 14a and the lower wall portion 14b are respectively hollow. It is also possible to form a plurality of through holes 14c as plasma outlets communicating with the inside. In this case, it is preferable that the through hole 14c of the upper wall portion 14a and the through hole 14c of the lower wall portion 14b are formed so as to be shifted from each other so as not to be aligned vertically. Furthermore, it is preferable to form the through holes 14c in the arrangement shown in FIGS.
[0143]
Further, the plurality of through holes 14c may not have the same opening width W, and different opening widths W may be appropriately set in order to uniformly generate hollow anode discharge in the plurality of through holes 14c. it can. In particular, the through hole 14c near the center decreases the opening width W and gradually increases the opening width W in the outer edge direction according to the frequency of the applied power or according to other conditions, or the opening width W near the center. It is preferable that the opening width W be gradually increased in the outer edge direction.
[0144]
Further, the length T of the through hole 14c, that is, in the case of the present embodiment, the thickness T of the lower wall portion 14a has a lower limit of about X / 50. The upper limit is determined by device size constraints. In the case of the above-described gas pressure and diameter, the length T of the through hole 14c is preferably 0.1 to 70 mm.
[0145]
In the present embodiment, the through hole 14c has a circular cross section, but may have any other shape such as an ellipse, a rectangle, a polygon, and an indefinite shape. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Furthermore, the through hole 14c may have a slit structure with a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional extension such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through hole 14c is the slit width, and this slit width is set within the above-described range. Moreover, you may form a partial unevenness | corrugation in the inner wall face of the said through-hole 14c. The plurality of through holes 14c do not have to have the same size and the same form, and a plurality of through holes 14c having different sizes and forms may be formed.
[0146]
The anode electrode 14 'may be formed with a gas supply port 8' that opens to the inner wall surface of the through hole 14c or the cavity. For example, in the case of a film forming process, only the carrier gas is introduced into the plasma generation region 3, and the source gas such as monosilane is introduced from the gas supply port 8 'of the anode electrode 14'. It is possible to prevent decomposition in an unnecessary space and to efficiently contribute the source gas to the film forming process. The gas supply ports 8 'can be provided in all of the plurality of through holes 14c, or the gas supply ports 8' can be provided only in some of the through holes 14c. Furthermore, a plurality of gas supply ports 8 'can be opened on the inner wall surface inside the cavity.
[0147]
Further, FIG. 12 and FIG. 13 show a modification in which the plasma density generated by hollow anode discharge in the cavity of the anode electrode 14 ′ and in the through hole 14c is increased.
First, from the viewpoint of efficiently generating a hollow anode discharge in the through hole 14c, it is advantageous that the length T of the through hole 14c is large, and a stronger plasma can be generated. However, it is desirable that the upper and lower wall portions 14a and 14b of the anode electrode have a minimum thickness that can withstand the gas pressure and applied power introduced into the cavity from the viewpoint of material cost.
[0148]
Therefore, in order to increase the length T of the through hole 14c, it is desirable to attach the nozzle body 17 to the periphery of the through hole 14c of the lower wall portion 14b. The nozzle body 17 may project from the through-hole 14c toward the substrate processing region 4 or project into the cavity body 14a. Furthermore, you may project on both sides. Moreover, the nozzle body 17 can also be comprised with the magnet 11, as shown in FIG. At this time, the magnet 11 is preferably arranged so as not to be directly exposed to the plasma.
[0149]
In addition, although all the nozzle bodies 17 shown in FIG. 12 are arranged with their center lines aligned with the lines of the through holes 14c, the center lines of the nozzle bodies 17 are angled with respect to the axes of the through holes 14c. In other words, the nozzle body 17 can be arranged obliquely. The nozzle body 17 shown in FIG. 12 is a cylindrical body having a constant cross-sectional area, but is not limited to such a shape, and may be a cylindrical body having a shape that gradually increases or decreases its cross-sectional area. Furthermore, a tubular nozzle body can be arranged in a spiral shape.
[0150]
Further, in order to increase the surface area of the anode electrode 14 'with which the plasma contacts, a partition wall extending in the vertical direction or a partition wall extending in the horizontal direction is provided inside the cavity of the anode electrode 14', and the interior is divided into a plurality of chambers. You can also. In addition, all the through-holes 14c formed in each chamber divided | segmented inside may be the same, or can also differ. The partition extending in the vertical direction may be formed with a gap between the upper and lower wall portions 14a and 14b, and the chambers may communicate with each other.
[0151]
Further, as shown in FIG. 13, the anode electrode 14 'has a magnet 11 which is connected to the inner peripheral surface of each through-hole 14c and the upper and lower surfaces so as to apply a magnetic field to the through-hole 14c serving as a plasma outlet and the inside of the cavity. It can be embedded in the wall portions 14a and 14b or the peripheral wall portion, or can be arranged in the vicinity thereof. The magnet 11 is applied with a magnetic field such that the direction of the lines of magnetic force thereof is parallel to the axial direction of the through hole 14c, or is applied so that the direction of the lines of magnetic force is parallel to the upper and lower wall portions 14a, 14b. It is preferable that it is arranged.
[0152]
In this way, by forming a magnetic field inside the through-hole 14c and the cavity, the trajectory of electrons generated in the plasma is adjusted by the magnetic field, so that the electrons stay in the through-hole 14c and the cavity for a long time. Can do. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be extended without increasing the electron energy (electron temperature), so that the generation of active species is promoted and the film formation rate is improved. The structure shown in FIGS. 12 and 13 can be applied to the cathode electrodes 10, 10 ′, 10 ″, 12, 12 ′, 12 ″, 15, 15 ′, 16 shown in FIGS. Is obtained.
[0153]
In the surface treatment apparatus 25 of the seventh embodiment in which the plate member 14 serving as the anode electrode is a hollow body, the cathode electrode 5 has a hollow cathode discharge region as shown in the second to sixth embodiments described above. Of course, it is also possible to change to the cathode electrodes 10 and 12 which have. In that case, the effects of the above-described embodiments are also obtained, and the density of the process plasma is increased by the hollow anode discharge or the hollow cathode discharge, and various processing speeds are remarkably improved.
[0154]
FIG. 14 is a schematic view of a surface treatment apparatus 26 according to the eighth embodiment of the present invention. The surface treatment apparatus 40 is formed of a hollow body, and the inside of the plate member 18 that is also an anode electrode constitutes a substrate processing region 4 ′.
The anode 18 made of a hollow body has a through hole 18b formed at the center of the upper wall portion 18a, and this through hole 18b constitutes a plasma outlet. The central portion of the inner surface of the lower wall portion 18c of the anode electrode 18 constitutes a substrate support, and a plurality of exhaust ports 18d are formed in the peripheral portion of the lower wall portion 18c. Further, a heating means for the substrate can be provided in the central portion of the lower wall portion 18c. The substrate support position in the anode electrode 18 and the exhaust port 18d formation position are not limited to those described above, and any position can be selected.
[0155]
In the present embodiment, the opening width W of the through hole 18b is set to either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X so that the through hole 18b of the anode electrode 18 can be a hollow anode discharge generation region. Is set to satisfy the range. Further, the opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and more preferably set in a range of X / 5 ≦ W. Further, in this embodiment, the height H inside the cavity is set to either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X so that the inside of the cavity of the anode electrode 18 can be a hollow anode discharge generation region. It is set in a range that satisfies the above. The height H inside the cavity is also preferably set in the range of X / 20 ≦ H, and more preferably in the range of X / 5 ≦ H.
[0156]
However, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions. X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions.
[0157]
In the substrate processing apparatus 26, the substrate processing region 4 ′ is formed inside the cavity of the anode electrode 18, and a hollow anode discharge is generated inside the cavity of the anode electrode 18. The density of the resin is extremely increased, and the processing speed is remarkably improved. However, the substrate processing apparatus 26 is not suitable for the film forming process because the ion damage to the substrate S due to plasma is large, and the apparatus 26 is more suitable for the etching, ashing, or ion doping process.
[0158]
15 and 16 show modifications of the plate member (anode electrode) made of a hollow body that constitutes the substrate processing region 4 '. An anode electrode 18 'shown in FIG. 15 differs from the above-described anode electrode 18 in that a plurality of through holes 18b constituting a plasma outlet are formed in the upper wall portion 18a. The through holes 18b are preferably formed in an arrangement as shown in FIGS.
[0159]
The plurality of through holes 18b have a circular cross section in the present embodiment, but may have any other shape such as an ellipse, a rectangle, a polygon, and an indefinite shape. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Furthermore, the through-hole 18b may have a slit structure having a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional extension such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through hole 18b is the slit width, and this slit width is set within the above-described range. Moreover, you may form a partial unevenness | corrugation in the inner wall face of the said through-hole 18b. The plurality of through holes 18b do not have to have the same size and the same form, and a plurality of through holes 18d having different sizes and forms may be formed.
[0160]
In addition, the anode electrode 18 ″ shown in FIG. 16 has the through holes 18b and exhaust ports 18d, which are plasma outlets, and the magnet 11 so as to apply a magnetic field to the inside of the cavity, and the inner peripheral surfaces of the through holes 18b and exhaust ports 18d. The magnet 11 can be embedded in the upper and lower wall portions 18a, 18c, or the peripheral wall portion, or can be arranged in the vicinity thereof.The magnet 11 has a direction of magnetic lines in the axial direction of the through hole 18b and the exhaust port 18d. It is preferable that the magnetic field is applied so that the magnetic field is applied in parallel with the upper and lower wall portions 18a and 18d. FIG. 16 shows various specific examples of the arrangement of the magnets, and the arrangement of the magnets may be only a part.
[0161]
In this way, by forming a magnetic field inside the through-hole 18b or the cavity which is a plasma outlet, the trajectory of electrons generated in the plasma is adjusted by the magnetic field, and an electron is inside the through-hole 18b or the cavity. Can stay longer. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be extended without increasing the electron energy (electron temperature), so that the generation of active species is promoted and the film formation rate is improved. Also in the electrode 18, the above-described configuration such as a partition plate and a nozzle body shown in FIG.
[0162]
In the various embodiments and modifications of the present invention described above, high-frequency power is supplied to the plasma generating electrode by the high-frequency power source P, but a DC voltage can also be applied by a DC power source. Alternatively, the bias may be applied by a DC or AC power source or a pulse power source, respectively.
Further, a mesh-like electrode may be installed between the substrate S disposed in the surface treatment region 4 and the plasma outlet 7 to configure a triode type, and various biases may be applied. Further, a bias may be applied only to the nozzle body or the through-hole portion by a direct current, an alternating current, or a pulse power source. In this case, only the nozzle body or the through hole is electrically insulated from the other parts of the electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing another embodiment of a hollow cathode electrode.
FIG. 8 is a schematic view of a cathode electrode portion in a surface treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic view of a cathode electrode portion in a surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing a modification of the anode electrode in the seventh embodiment.
FIG. 12 is a schematic view showing another modification of the anode electrode in the seventh embodiment.
FIG. 13 is a schematic view showing still another modified example of the anode electrode in the seventh embodiment.
FIG. 14 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic view showing a modification of the anode electrode in the eighth embodiment.
FIG. 16 is a schematic view showing another modification of the anode electrode in the eighth embodiment.
FIG. 17 is a view showing an arrangement example of a large number of through holes or recesses.
FIG. 18 is a view showing another arrangement example of a large number of through holes or recesses.
FIG. 19 is a diagram showing still another example of arrangement of a large number of through holes or recesses.
FIG. 20 is a diagram showing still another arrangement example of a large number of through holes or recesses.
FIG. 21 is an explanatory diagram of a spiral through hole or recess.
[Explanation of symbols]
1,20-26 Surface treatment equipment
2 Casing
2a Upper wall
3 Plasma generation region
4 Substrate processing area
5 Cathode electrode
6 Plate member (Anode electrode)
7 Plasma outlet
8 Gas supply port
9 Substrate support
10 Cathode electrode
10a recess
11 Magnet
12 Cathode electrode
12a Lower wall
12b Through hole
12c Upper wall
12d gas supply port
13 Other electrodes
13a small hole
14 Anode electrode
14a Upper wall part
14b Lower wall
14c Through hole
15 Cathode electrode
15a Lower wall
15b Through hole
15c upper wall
15d through hole
15e partition wall
16 Cathode electrode
16a Hollow electrode member
16b Connection port
17 Nozzle body
18 Anode electrode
18a Upper wall
18b Through hole
18c lower wall
18d exhaust port
S substrate
P High frequency power supply

Claims (11)

プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、
前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、
少なくとも一の前記アノード電極は一以上のホロー放電発生域を有してなる
ことを特徴とする表面処理装置。
Plasma is generated by the plasma generating means in a casing having a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support table to turn the source gas into plasma, and the surface of the substrate placed on the substrate support table is converted into plasma. A surface treatment apparatus for treating,
An anode electrode having one or more plasma outlets is interposed between the plasma generation region having the plasma generation means and the substrate processing region having the substrate support so as to be spaced apart from the inner wall surface of the casing. And
At least one said anode electrode has one or more hollow discharge generation | occurence | production areas, The surface treatment apparatus characterized by the above-mentioned.
プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、
前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、
前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなる
ことを特徴とする表面処理装置。
Plasma is generated by the plasma generating means in a casing having a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support table to turn the source gas into plasma, and the surface of the substrate placed on the substrate support table is converted into plasma. A surface treatment apparatus for treating,
An anode electrode having one or more plasma outlets is interposed between the plasma generation region having the plasma generation means and the substrate processing region having the substrate support so as to be spaced apart from the inner wall surface of the casing. And
The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein a hollow plasma generation electrode having one or more hollow discharge generation regions is arranged in the plasma generation region.
プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、
前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に一以上のプラズマ吹出口を有するアノード電極が前記ケーシングの内壁面から離間して介装されており、
少なくとも一の前記アノード電極は一以上のホロー放電発生域を有してなり、
前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなる
ことを特徴とする表面処理装置。
Plasma is generated by the plasma generating means in a casing having a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support table to turn the source gas into plasma, and the surface of the substrate placed on the substrate support table is converted into plasma. A surface treatment apparatus for treating,
In the casing, an anode electrode having one or more plasma outlets between a plasma generation region provided with the plasma generating means and a substrate processing region provided with the substrate support is spaced apart from an inner wall surface of the casing. And
At least one of the anode electrodes has one or more hollow discharge generation regions;
The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein a hollow plasma generation electrode having one or more hollow discharge generation regions is arranged in the plasma generation region.
少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の開口幅W(1) は、W(1) ≦5L(e) 又はW(1) ≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項1〜3のいずれかに記載の表面処理装置。
但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程
X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
The opening width W (1) of the minimum portion of at least one of the plasma outlets is set in a range satisfying either W (1) ≦ 5L (e) or W (1) ≦ 20X. The surface treatment apparatus in any one of -3.
However, L (e): the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions (active) Electron mean free path X with respect to the species): thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
前記ホロープラズマ発生電極は、プラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向面に一以上の凹部を有してなり、少なくとも一の前記凹部が前記ホロー放電発生域とされてなる請求項2又は3記載の表面処理装置。The said hollow plasma generation electrode has one or more recessed parts in the surface facing plasma generated by the plasma generating means, and at least one said recessed part is made into the said hollow discharge generation | occurrence | production area. Surface treatment equipment. 前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、少なくとも一の前記貫通孔が前記ホロー放電発生域とされてなる請求項2又は3記載の表面処理装置。The hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has at least one through hole communicating with the inside of the cavity at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. The surface treatment apparatus of Claim 2 or 3 made into the said hollow discharge generation | occurrence | production area. 前記凹部又は前記貫通孔における最小部分の開口幅W(2) は、W(2) ≦5L(e) 又はW(2) ≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項5又は6記載の表面処理装置。
但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程
X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
The opening width W (2) of the minimum portion in the recess or the through hole is set in a range satisfying either W (2) ≦ 5L (e) or W (2) ≦ 20X. 6. The surface treatment apparatus according to 6.
However, L (e): the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions (active) Electron mean free path X with respect to the species): thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、空洞内部の少なくとも一部がホロー放電の発生域とされてなる請求項2、3又は6記載の表面処理装置。The hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has one or more through holes communicating with the inside of the cavity at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means, and at least a part of the inside of the cavity is formed. The surface treatment apparatus according to claim 2, 3, or 6, which is a generation area of hollow discharge. 前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の少なくとも一部における対面距離Hは、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項8記載の表面処理装置。
但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程
X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
The facing distance H in at least a part of the inside of the cavity along the through hole formation direction of the hollow plasma generating electrode is set in a range satisfying either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. Item 9. The surface treatment apparatus according to Item 8.
However, L (e): the atom or molecular species having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) generated by decomposition under the desired plasma generation conditions (active) Electron mean free path X with respect to the species): thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
前記プラズマ吹出口の近傍、及び/又は凹部、貫通孔の近傍、及び/又は前記空洞内部に磁場が形成されてなる請求項1〜9のいずれかに記載の表面処理装置。The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein a magnetic field is formed in the vicinity of the plasma outlet and / or in the vicinity of the concave portion, the through hole, and / or in the cavity. 前記基板に所望の電位を印加するための電位印加手段を備えてなる請求項 1〜10のいずれかに記載の表面処理装置。The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising a potential applying means for applying a desired potential to the substrate.
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